PCB Design Challange 2021 Lässt sich diese Antenne optimieren?

Redakteur: Gerd Kucera

Ihre Chance: FlowCAD sucht den „Antennen Designer 2021“. Im Demo Board ist eine nicht optimale Antenne integriert. Das können Sie besser. Sagen Sie uns wie und warum. Die FlowCAD-Jury wird unterschiedliche Ansätze der Einreichungen vorstellen und die Gewinner küren.

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Die Challange ist Ihre Chance: Simulieren Sie die Schaltung mit AWR Microwave Office (kostenlose Testversion) und reichen Sie Verbesserungsvorschläge bis zum 15. März 2021 ein.
Die Challange ist Ihre Chance: Simulieren Sie die Schaltung mit AWR Microwave Office (kostenlose Testversion) und reichen Sie Verbesserungsvorschläge bis zum 15. März 2021 ein.
(Bild: FlowCAD)

Antennen in Leiterplatten zu integrieren ist eine Kunst für sich. Zwar kann man sich viele Beispiele für Antennen aus dem Internet als Gerber-Daten herunterladen. Aber passen diese Beispiele auch zu meiner Leiterplatte und das geplante Gehäuse? Die Platzierung der Antenne an der Leiterplatte ist vorgegeben. Aber stimmen die Abmessungen? Kann hier optimiert werden? Welche Auswirkungen haben Durchkontaktierungen, Zuleitung vom IC und Ground-Flächen?

Übernimmt man Antennen aus so genannten Referenz-Designs für das eigene Projekt bei veränderten PCB-Abmessungen, so führt dies oftmals zu Enttäuschungen. Die Performance von Antennen auf Leiterplatten (und damit die Reichweite der Systeme) hängt ganz wesentlich von der Einbausituation der Antenne ab. Dies betrifft im Besonderen kompakte Antennen, bei denen die Massefläche der Leiterplatte immer ein integraler Bestandteil des Antennen-Designs ist. Veränderungen der PCB-Dimensionen führen damit unweigerlich zu einer Veränderung der Antennenperformance. Aber auch nahegelegene Metallstrukturen verändern das Verhalten der Antenne deutlich, genauso wie das umgebende Gehäuse.

Im Vergleich zu einer Standard-Leiterplatte erfordern HF- und Mikrowellenschaltungen einen besonderen Ansatz im Design-Prozess. Die Software-Pakete der AWR-Produktlinie von Cadence sind auf diese Anwendungen spezialisiert und arbeiten mit dem OrCAD- und Allegro-Designflow für Leiterplatten zusammen.

Antennen, Wellenleiter und Filter werden in einer speziellen Schaltplan Eingabe und Layout-Umgebung erfasst, die beide sehr eng miteinander verbunden sind. Die Form des Layouts (Metall auf dem PCB) definiert die Funktion der Strukturen. Um das Verhalten der Schaltung zu erfassen, muss das Layout durch einen Field Solver mit allen parasitären Einflüssen der Strukturen und des umgebenden Metalls extrahiert werden. Nachdem die Extraktion ein elektrisches Modell der Struktur erstellt hat, kann das Verhalten des Layouts gegenüber der Frequenz simuliert werden.

Die AWR Tools werden für Hochfrequenz-, Mikrowellen- und hochfrequente Analogschaltungen sowie für das System-Design verwendet. Typische Anwendungen sind mobile Kommunikationssysteme, Antennen verschiedenster Art (WLAN-IoT, 5G, WiFi-6, etc.), Radarsysteme und HF-Stromversorgungsgeräte.

Zur Optimierung des elektronischen Hochfrequenz-Designs bietet die Lösung elektromagnetische (2,5D und volles 3D), lineare und nichtlineare Solver (sowohl im Frequenz- als auch im Zeitbereich) sowie Layout-Funktionen, die alle in einer einzigen Umgebung zur Verbesserung der Design-Effizienz eingesetzt werden können. Verschiedene Anwendungen erfordern unterschiedliche Analyseebenen, daher bietet AWR mit AXIEM einen Planar-Solver nach der Methode der Momente (MoM) sowie mit Analyst einen 3D-FEM-EM-Simulator zur Simulation und Analyse an. Aber auch Schnittstellen zu anderen Simulatoren wie Spectre, Clarity oder anderen, je nach dem Bedarf der Ingenieure, sind möglich.

Die Antennen Challenge 2021

FlowCAD ruft alle Interessierten auf, an der Antennen Challenge 2021 teilzunehmen. Simulieren Sie die Schaltung mit AWR Microwave Office (kostenlose Testversion verfügbar) und reichen Sie Ihre Verbesserungsvorschläge bis zum 15. März 2021 ein. Neben dem Titel „Antennen Designer 2021“ gibt es für die drei Erstplatzierten einen hochwertigen FlowCAD-Rucksack zu gewinnen.

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