达索系统多媒体设备天线仿真解决方案简介
达索系统旗下SIMULIA品牌的CST软件，其核心产品是CST工作室套装（CST STUDIO SUITE），用于求解各类电磁场问题，以及电磁和电路、热、结构应力的多学科耦合问题。
除了CST2018工作室套装外，还有例如AntennaMagus，Optenni Lab等软件，都是解决天线射频问题的重要工具。
Antenna Magus是一款专业的天线设计综合软件，里面包含超过300种天线类型，并在持续的增加。它可以根据客户需求，快速搜索合适的天线类型，然后根据输入的天线的设计指标和空间要求，快速给出符合要求的天线设计，并进行天线性能的预估，最后导出全参数化的cst仿真文件，在CST中进行精确仿真和优化。
Optenni Lab - 是一款具有创新分析功能的专业软件工具，提供快速的全自动匹配电路优化工具，包括自动生成多种最佳拓扑结构，估算可获得的天线带宽以及计算多天线系统中最坏情况下的隔离。 借助这些工具，天线设计师可以快速评估各种天线设计和概念，包括多端口天线和可调匹配电路。
我们以一款多媒体设备的天线设计流程，来介绍如何利用CST工作室套装和AntennaMagus以及Optenni Lab工具来完成复杂结构模型上的天线设计的整体解决方案。
这里我们要做的就是要给如下图这样一台智能投影仪设计天线。
这款便携投影仪比iphone8手机稍大，但比平板电脑小，时尚又携带方便。可以通过WIFI链接到路由器和互联网也可以和手机的蓝牙进行链接。
对于这样一款产品的天线方案设计来说有以下难点：
如何和CAD结构工程师配合评估出合适放置天线的位置
如何利用有限的空间设计多付天线并且天线的性能满足产品使用要求
如何利用仿真快速的评估整个产品性能，缩短研发周期
接下来我们通过一个完整的工作流程介绍CST的工作室套装和Antenna Magus、 Optenni Lab等工具是如何帮助天线设计师快速准确的评估产品的天线性能的，快速准确的解决以上罗列的难题的。
Step1 CAD模型导入，确定天线放置的位置
首先我们来看一下CAD导入的结构，如下图所示：
我们导入的是完整的结构，弯曲的尺寸是324mm*190mm。其中包含一个投影模块、两块电池、扬声器系统，中间还有电路板主体。整个框架是金属结构，具有一定的结构刚性。金属框架的产品在它的设计过程中由于各种各样的原因（加工、工艺、结构、重量、成本等）一直在改变优化。
在产品开发迭代的过程中，从v0没有可放置天线的空间的原始模型，到便于V1阶段CNC加工的结构或者是V2 便于铸造的框架设计。每个阶段产品经理都会要求天线工程师来进行天线的评估。以CST套装来进行天线评估的好处是，可以随时根据结构工程师的要求，实时导入CAD模型。
下面我们以V2框架结构来展示如何进行天线快速设计。
Step2 用Antenna Magus工具选择最佳的天线
我们可以用供应商直接提供的成品天线，但是这在不断改变的金属框架结构下，成品天线设计的灵活性肯定不如自己设计的天线。
在本例中，整个产品布局不算特别紧凑的使用场景下，Antenna Magus完全可以快速给出合适的设计方案。
我们打开Antenna Magus选择需要设计的天线频段，如下图所示：
同时限制天线的辐射为全向辐射，并限制天线的尺寸结构，如下图所示：
这样就能快速得到一批候选天线。这里软件从300多种天线中精选了6种满足要求的天线给用户备选。
Step3 评估天线安装后的性能，并选择合适的放置位置
这里我们选用了Antenna Magus库中的天线，并在天线模型中通过设置Anchor point装配到结构件相应的位置上，如下图所示：
对于这种复杂模型的网格剖分是至关重要的环节，CST基于独有的PBA和TST网格技术，仅在天线部分具有较密集的网格，而在其它区域采用相对稀疏的网格设置即可，完整的结构模型可以被网格很好的描述。
PBA网格在一个网格中可以解析多种材料，而无需单独对其进行网格化。所以本例中网格数量约70万。这种规模的网格在个人笔记本电脑上只要十几分钟就能完成仿真。
Optenni Lab多端口天线匹配
在对上述模型的两个天线进行仿真后发现天线的S参数不够理想，如下图所示：
CST可以直接调用Optenni Lab对天线进行匹配，如上图所示，并将匹配的结果自动返回CST中，如下图所示。
此时不需要再仿真3D模型，只要电路级的仿真，很快可以得到匹配后的S参数结果，如下图所示：
Optenni Lab和CST是在内部链接的方案，可以方便快捷的将匹配前后的结果进行互导，还能对匹配目前在CST中进行优化设计。Optenni Lab的匹配库可以直接用厂家的Spice模型，保证结果更加准确。
除了S参数，天线的远场方向图也是重点关注的结果，两个天线各自的结果如下图所示：
对于此类多天线共同工作的系统，我们更关心的是其组合的性能，CST可以合成两个天线总共的覆盖方向图（Total Scan），结果如下图所示：
由以上例子可见，利用了CST的工作室套装和Antenna Magus、 Optenni Lab等工具结合，可以非常迅速的对各个可利用的空间位置，进行天线设计和性能评估。
Step 4 选择不同的安装位置，比较总的天线覆盖的范围
如之前一样的方法，我们需要对整个框架下各个可能放置天线的位置进行合理的评估。通过仿真给出的天线效率、方向图覆盖、隔离度等指标给出支撑数据。这里我们通过CST的SAM流程将每一组装备方式作为一组仿真结果，如下图所示：
上图中，我们将每一种组合生成一个仿真任务，对以上的九种不同位置选择分别进行仿真论证。由于CST工作室套装独家的PBA网格技术，能很快速的在个人笔记本上完成以上的仿真工作，所以对以上九种不同的组合方案也可以很高效的完成设计，
上图彩色的热点图是描述的天线各个方位角度下的辐射能力，最佳的选择是各个角度都很平均。但实际情况没那么理想，由于天线布局的不同，两个天线能覆盖的角度非常有限。
由于CST的解决方案非常高效，通过快速的仿真对九种情况的比较，最终选择一种最佳的结果，能满足最优的覆盖范围。上图中的第六种组合，左边的天线放在结构框架的外部，右边的天线放在框架内部，在这种布局下，整个组合能实现-3dB下95.2%的覆盖，2dB也有55.9%的覆盖。在整个仿真序列中已经是最优解了。
通过以上的介绍，可以看出CST为天线射频仿真提供了高效的解决方案，通过采用AntennaMagus的高效天线设计；采用Optenni Lab进行多端口天线匹配；CST STUDIO SUITE中基于系统装配建模技术（SAM）的高效工作流程设置；使用时域求解器和PBA六面体网格进行高效仿真，可以真正帮助用户高效解决文章开头提到的三件设计难题。这一整套完善的解决方案，非常适合应用于当今智能设备中各类天线的设计和仿真优化，能加速产品的研发进程，提升产品的科技性能。
