如何使用HFWorks設計和仿真可穿戴設備的藍牙天線

可穿戴技術通常被認為是物聯網 （IoT） 的最大應用之一。智能電子的這一分支是新興物聯網應用的縮影。如今，智能手表是最常見的可穿戴設備之一。通常，藍牙協議用于保護智能手表與其他設備之間的連接。在本文中，智能手表的藍牙天線是使用 SOLIDWORKS 設計的，并使用全波模擬器 HFWorks 進行仿真。

將演示扁平和彎曲藍牙天線的兩種配置，以比較兩種情況下的電磁行為。HFWorks 的天線分析用于模擬這些天線。

扁平藍牙天線

設計與仿真

圖 1 顯示了平面藍牙天線結構的配置。該天線的整體尺寸為 ，工作頻率為 2.45GHz。該天線使用阻抗為 50 歐姆的微帶線激勵。使用的材料是FR4，相對介電常數為4.5，金屬被認為是完美的電導體（PEC）。

圖 1 - 平面天線的正視圖和底視圖。

結果

圖 2 顯示了使用 HFWorks 通過快速掃描類型模擬的回波損耗 S11。頻率范圍從 2GHz 到 3GHz。如下圖所示，該天線諧振在 2.45 GHz。

圖 2 - 平面天線的回波損耗 S11 （dB）。

電壓駐波比 （VSWR） 如圖 3 所示。在 2.45 GHz 時，VSWR 小于 1.2

圖 3 - VSWR 的 2D 圖。

圖 4 給出了 XZ、XY 和 YZ 平面在 2.45GHz 處的增益的遠場數據的極坐標圖。

圖 4 - XY、YZ 和 XZ 平面中 2.45 GHz 增益的二維圖。

彎曲的藍牙天線

設計與仿真

對于可穿戴電子產品，研究天線在各種彎曲條件下的性能是非常重要的。SOLIDWORKS 的不同配置將通過改變彎曲角度來呈現。圖 5 顯示了彎曲藍牙天線的幾何形狀。

圖 5 - 彎曲天線的幾何形狀（頂視圖和底視圖）。

使用 SOLIDWORKS 中的多配置功能模擬和比較不同的彎曲角度。表 1 封裝了 HFWorks 處理的配置。

結果

圖 6 給出了每種配置的模擬回波損耗 S11。顯然，彎曲角度對天線的諧振頻率有連鎖效應。

圖 6 - 每種配置的模擬回波損耗 S11。

彎曲后的共振頻率在2.37GHz左右，超出藍牙頻段；這意味著彎曲會影響天線在諧振頻率方面的性能。不同配置的增益模式如圖 7 所示。所有配置的增益模式都保持全向模式，但平面天線的值最高。

圖 7 - 每種配置的增益模式

結論

用于可穿戴手表的藍牙天線是由 SOLIDWORKS 和 HFWorks 二人組設計和模擬的。由于 SOLIDWORKS 中的多配置功能，為了研究彎曲對藍牙天線性能的影響，采用了不同的配置。這些發現證實了該天線在諧振頻率和增益方面對彎曲的敏感性。