Synapse Product Development为业界领先的消费电子和生命科学企业,解决从概念到制造的有关工程难题。该公司的一大专长在于开发可穿戴无线设备,满足各种应用的需求。天线设计往往是这种设备的一大挑战,因为身体会吸收很多能量。Synapse采用ANSYS HFSS 3-D全波电磁(EM)仿真器和ANSYS人体模型来评估各种天线设计的性能,进行完整的系统建模,包括无线设备、天线以及它们与人体的相互作用。由于无需构建物理原型就可评估设计,这能够帮助Synapse工程师将天线性能比传统设计理念提高五倍之多。
ANSYS HFSS仿真输出显示足部和地面吸收的功率
面对这个问题以及许多其它困难的设计挑战,Synapse工程师评估了许多不同的仿真产品。而ANSYS解决方案几乎能满足他们所有的设计挑战要求,包括电路、电磁、机械和热仿真等。ANSYS软件支持自动数据传输,以同时优化多学科和多领域的产品。Synapse的管理层认为,从统一的厂商采购所有仿真工具最有利,这样所有问题和培训需求都能得到统一解决。
史密斯图帮助工程师匹配天线阻抗和发射器
HFSS仿真通过色标图显示了包含人体和周边区域的人体吸收的功率和天线增益。在典型案例下,仿真结果显示出靠近天线的人体区域吸收更多的功率。比方说,如果设备是穿在鞋子中,那么结果也会识别地面吸收的功率,有时地面吸收的功率可能比足部吸收的更大。根据相关结果,电子工程师可向工业设计人员和系统工程师提供反馈,包括天线的几何形状以及天线能距离人体多近、放在人体的什么位置等信息。
手腕上佩戴产品的3D增益
仿真提供的天线性能信息在可穿戴无线产品的系统设计中发挥重要作用。天线增益结果对链路分析非常重要,决定了范围和吞吐量。此外,天线增益也有助于确定需要多大的发射功率,进而影响电池的使用寿命。在人体上不止一个可穿戴设备的典型情况下,所有设备的天线同时优化,协调各自的增益,从而最大限度地降低电池功耗。
此外,我们还能通过仿真减小天线尺寸,以满足工业设计和机械设计目标,同时实现所需的性能水平。随着天线尺寸的减小,其工作频率带宽也在变窄。仿真不仅可预测带内性能,还能预测带外性能。仿真还有助于避免在可能对其他设备产生干扰的频点对外辐射。在仿真技术指导下,电气工程师通常能将产品范围相对于初始概念而言扩大5倍,同时还能比传统的12个月开发周期省下差不多3个月的时间。