HFWorks を使用したウェアラブル デバイス用 Bluetooth アンテナの設計と解析

Bluetooth アンテナ - 設計と解析

ウェアラブル テクノロジは、多くの場合、モノのインターネット (IoT) の最大の応用の1つとして反映されます。スマートエレクトロニクスのこの分野は、新しいIoT応用の縮図です。現在、スマートウォッチは最も一般的なウェアラブル デバイスの1つです。通常、Bluetoothプロトコルは、スマートウォッチと他のデバイス間の接続を保護するために使用されます。この記事では、スマートウォッチ用の Bluetooth アンテナを SOLIDWORKS で設計し、全波解析ソフトウェアHFWorks を使用して解析します。

平面と曲げの Bluetooth アンテナの 2 つの構成が実証され、両方の場合の電磁的挙動が比較されます。これらのアンテナの解析には、HFWorks のアンテナ解析が使用されました。

フラット Bluetooth アンテナ

設計と解析

図 1 は、フラット Bluetooth アンテナ構造の構成を示しています。このアンテナの全体的には2.45GHzで動作します。このアンテナは、50 オームのインピーダンスを持つマイクロストリップ線を使用して励起されます。使用される材料は比誘電率4.5の FR4 であり、金属は完全な電気伝導体 (PEC) と見なされます。

結果

HFWorks を使用し、高速周波数掃引を介して解析されたリターン ロス S11 を図 2 に示します。周波数範囲は 2GHz から 3GHz です。以下に示すように、このアンテナは 2.45 GHz で共振します。

図 2 -フラット アンテナのリターン ロス S11 (dB)。

電圧定在波比 (VSWR) を図 3 に示します。 2.45 GHz で VSWR は 1.2 以下です。

図 3 - VSWR の 2D プロット。

XZ、XY、および YZ 平面での 2.45 GHz でのゲインの遠方場データの極座標ビューを図 4 に示します。

図 4 - XY、YZ、および XZ 平面における 2.45 GHz でのゲインの 2D プロット。

曲がった Bluetooth アンテナ

設計と解析

ウェアラブル電子機器の場合、さまざまな曲げ条件下でのアンテナの性能を検討することが重要です。折り曲げ角度を変えることで、SOLIDWORKS を使用したさまざまな構成が提示されます。図 5 は、曲がった Bluetooth アンテナの形状を示しています。

図 5 -曲がったアンテナの形状 (上面図と下面図)。

SOLIDWORKS 内のマルチ コンフィギュレーション機能を使用して、さまざまな曲げ角度が解析され、比較されます。表 1 は、HFWorks によって処理される構成をカプセル化したものです。

結果

各構成の解析されたリターン ロス S11 を図 6 に示します。明らかに、曲げ角度はアンテナの共振周波数に影響を与えます。

図 6 -各構成のシミュレートされたリターン ロス S11。

曲げ後の共振周波数は約 2.37 GHz で、Bluetooth 帯域外です。これは、曲げが共振周波数の点でアンテナの性能に影響を与えることを意味します。さまざまな構成のゲインパターンを図 7 に示します。すべての構成のゲインパターンは無指向性パターンを維持しますが、フラットアンテナの値が最も高くなります。

図 7 -各構成のゲイン パターン

結論

ウェアラブルウォッチ用の Bluetooth アンテナは、SOLIDWORKS と HFWorks 使用してで設計および解析されています。この Bluetooth アンテナの性能に対する曲げの影響を調査するために、SOLIDWORKS 内のマルチ構成機能のおかげで、さまざまな構成が採用されました。この調査結果は、共振周波数とゲインに関して、曲げに対するこのアンテナの感度を裏付けています。