Schwerpunkte

PCB-Antenne optimieren und gewinnen

Antennen Challenge 2021

12. Februar 2021, 16:26 Uhr   |  WEKA FACHMEDIEN, Newsdesk

Antennen Challenge 2021
© FlowCAD

Antennen Challenge 2021: Optimieren einer PCB-Antenne incl. Anpassung.

Eine Antenne als Leiterzug auf einer Leiterplatte zu realisieren sieht einfacher aus als es in Wirklichkeit ist. Im Internet lassen sich viele Beispiele für PCB-Antennen als Gerberdaten finden. Sie müssen aber angepasst werden. Wer weiß wie, kann bei der Antennen Challenge 2021 von FlowCAD gewinnen.

FlowCAD ruft HF-Entwickler auf, eine PCB-Antenne zu optimieren. Bis zum 15. März 2021 läuft der Wettbewerb um den Titel »Antennen Designer 2021«. Aufgabe und Herausforderung ist es, eine vorgegebene PCB-Antenne für WiFi (2,4 GHz) zu optimieren. Ihre Mitten- und Resonanzfrequenz soll bei 2,4 GHz liegen, mit einer 10-dB-Bandbreite von 200 MHz. Die optimierte Wi-Fi-Antenne soll einen Eingangsreflexionsfaktor (S11) kleiner –20 dB haben.

Layout der PCB-Antenne, die optimiert werden soll.
© FlowCAD

Die vorgegebene PCB-Antenne für 2,4 GHz (Wi-Fi) ist nicht optimal. Wer sie verbessert kann die Auszeichnung »Antennen Designer 2021« gewinnen.

Die Layout-Daten der Wi-Fi-Antenne stellt FlowCAD als IPC-2581-Datei zur Verfügung. Diese Daten können direkt in das Programm AWR Microwave Office – seit rund einem Jahr zu Cadence gehörend – importiert werden. Sollte ein Teilnehmer keine kommerzielle Lizenz zur Verfügung haben, kann er die siebentägige Testlizenz für den Wettbewerb nutzen.

Zur Auszeichnung »Antennen Designer 2021« erhält der Sieger einen Rucksack mit Notebookfach von Deuter, Typ: StepOut 22 Daypack.

Auch auf die Anpassung kommt es an

Anpassungsnetzwerk der Antennen Challenge 2021
© FlowCAD

Zum Anschluss der PCB-Antenne wird dieses Anpassungsnetzwerk verwendet. Auch es soll im Rahmen der Antennen Challenge 2021 optimiert werden.

Eine gute Antenne allein reicht nicht aus. Sie sollte an den Eingang bzw. Ausgang der Schaltung angepaßt sein. Wer »Antennen Designer 2021« werden will, der muss auch die Werte der Bauteile für das Netzwerk zur Impedanzanpassung prüfen. Auch hier ist sein Knowhow gefordert, um per Simulation die besten Nennwerte und die optimale Platzierung für die Komponenten zu bestimmen. Wie in der realen Praxis, steht nur der vorhandene Platz auf der Leiterplatte zur Verfügung, um das Anpassungsnetzwerk zu optimieren.

Weitere Informationen zur »Antennen Challenge 2021« und die Layout-Dateien sind auf der Internetseite www.flowcad.de/antenne2021 abrufbar.

AWR-CAD-Software für HF-Schaltungen

HF- und Mikrowellenschaltungen erfordern einen anderen Entwurfsansatz als eine Standard-Leiterplatte. Die AWR-CAD-Programme von Cadence sind auf diese Anwendungen zugeschnitten und können mit OrCAD und Allegro zusammenarbeiten.

Antennen, Wellenleiter und Filter werden in einer speziellen Schaltplaneingabe und Layout-Umgebung erfasst, die beide sehr eng miteinander verbunden sind. 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 WAR-Tools werden für HF-, Mikrowellen- und hochfrequente Analogschaltungen sowie für die Systementwicklung verwendet. Typische Anwendungen sind mobile Kommunikationssysteme, PCB-Antennen, Radarsysteme und HF-Stromversorgungen.

Zur Optimierung einer Hochfrequenzschaltung bietet die AWR-Entwicklungsumgebung elektromagnetische (2,5D und 3D), lineare und nichtlineare Solver (sowohl im Frequenz- als auch im Zeitbereich) sowie Layout-Funktionen, in einer einzigen Umgebung.

Verschiedene Anwendungen erfordern unterschiedliche Analyseebenen, daher bietet AWR mit AXIEM einen Planar-Solver nach der Momentenmethode sowie mit Analyst einen 3D-FEM-EM-Simulator zur Simulation und Analyse an. Über Schnittstellen lassen sich auch andere Simulatoren nutzen, z.B. Spectre und Clarity.

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