多媒体设备天线CST仿真解决方案

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，都是解决天线射频应用领域问题的重要工具。

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。

本期如上面的饼状图显示，CST有五个最重要的应用领域，这一期中我们首先来介绍天线射频领域的应用案例。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OptenniLab工具来完成复杂结构模型上的天线设计。

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等。

我们来看一下一个完整的工作流程是包含哪些部分，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去快速准确的评估产品的天线性能的。

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。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，并在天线模型中设置Anchor point，如下图所示：

同样我们在整机的CAD模型相应的位置也设置被安装的位置，如下图所示:

Anchor Point的选择方法是在模型中先设置局部坐标系，并在导航栏中选择将局部坐标系存为安装点，如下图所示：

在安装完成后，我们可以看一下网格设置部分。由于CST独家的PBA和TST网格技术。在本例中，仅在天线部分具有较密集的网格。完整的结构模型都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：

这时候利用CST的Optenni Lab多端口匹配工具，如下图所示：

点击Launch Optenni Lab后，软件自动将原来的S参数导入到Optenni Lab中，如下图所示:

在匹配完成后，右键自动导回CST设计工作室，并自动链接到匹配电路，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。

在完成了匹配后，两个天线的场分布如下图所示：

天线的远场结果如下图所示：

并且能合成两个天线总共的覆盖方向图（Total Scan）结果如下图所示：

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：

step5 小结 通过比较对比，选出一种最佳的结果输出。

本例给出了一整套完整的天线设计优化解决方案。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。这一整套完善的解决方案，非常适合在一些智能设备中应用。