Designverständnis von Antennensystemen (HF-Simulation, Teil 3)

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Nachbildung eines gesamten Antennensystems

Die Systemsimulation kann natürlich noch eine Stufe weiter getrieben werden, indem ein gesamtes Antennensystem nachgebildet wird. In solchen Modellen können die verschiedenen Komponenten in unterschiedlichen Detailgraden modelliert werden. Dabei sind sowohl einfache Verhaltensmodelle von gesamten Verstärkern, Mixern oder Filtern verwendbar als auch eine detaillierte Modellierung, die auf komplexen Feldsimulationen und vielen detaillierten Einzelkomponenten beruht.

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Zum Beispiel sind bei einem RFID-System (Radio Frequency Identification) viele Herausforderungen zu bewältigen: Die Signale müssen vom Lesegerät zum Chip auf dem RFID-Tag und zurück gut übertragen werden, der Chip auf dem Tag wird dabei aber auch mit Energie aus dem empfangenen Signal gespeist. Hierfür müssen sowohl das Energie-Harvester-System als auch das Sende- und Empfangssystem mit der Modulation des Signals untersucht werden.

Von ganz besonderer Bedeutung ist die Feldkopplung zwischen den Antennen. Diese sollte in einer wohldefinierten Region um das Lesegerät und bei möglichst vielen Tag-Ausrichtungen möglichst günstig sein. Hierbei hilft die ‚Dynamic Link‘-Technik im ANSYS Electronics Desktop für Systemsimulationen, die auf parametrischen Feldsimulationen aufbaut. Um bei solchen Fragen auch Feldauswertungen in einer Systemsimulation zu berücksichtigen, lassen sich die Anregungen, die in der Systemsimulation ermittelt wurden, automatisch in die Feldsimulation übertragen.

Effekte ungewollter Antennen spielen große Rolle

Die HF-Simulationslösungen von ANSYS basieren auf leistungsstarken 3D-Feldlösern und Schaltungssimulatoren, die an die jeweiligen Anforderungen angepasst sind und nahtlos miteinander zusammenspielen. Diese eignen sich hervorragend, um Antennensysteme zu simulieren. Darüber hinaus ist der Anwendungsbereich dieser Lösungsmethoden noch viel breiter: Im EMV-Bereich spielen zum Beispiel Leiterbahnen und Kabel, die als ungewollte Antennen betrieben werden, eine große Rolle. Diese ungewollten Antennen können mit Feldsimulationen entdeckt werden und in einer Systemsimulation lässt sich bewerten, wie stark sie im Betrieb angeregt werden. Damit ist das Emissionsspektrum bestimmbar.

Die hier aufgezeigten Simulationsmethoden für Antennen und Antennensysteme zeichnen sich durch einen durchgängigen parametrischen Workflow aus – von der Berechnung der einzelnen Komponente bis zur Untersuchung des Gesamtsystems. Damit lassen sich komplette Antennensysteme als virtuelle Prototypen systematisch analysieren und optimieren. Auf diese Weise können schon in einer sehr frühen Entwicklungsphase wichtige Entscheidungen – mit einem durch die Simulation gewonnenen umfassenden Verständnis des physikalischen Verhaltens des Antennendesigns – fundiert getroffen werden.

* Christian Römelsberger, PhD ist Experte im Bereich der hochfrequenten elektromagnetischen Simulation bei CADFEM.

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