产品设计生命周期中的射频仿真

无论是在消费、汽车、医疗还是工业行业，最新的技术趋势是将所有有线接口转换为无线接口。这种接口从有线到无线的转换提供了更大的灵活性和便利性，并提供全球访问，而不是区域绑定的有线访问。根据新的市场研究报告，预计到2023年，市场将从2018年的65.1亿台达到87.8亿台，2018年至2023年的复合年增长率为6.2%。

构建硬件产品本身是一个耗时且昂贵的过程。而设计无线产品需要适当的天线类型规格选择、放置和预防措施，以满足预期的射频测量。如果不这样做，将增加上市时间、开发成本，并且可能需要多次旋转。将其添加到最新的物联网应用中需要产品更加紧凑，其中嵌入了多个RF解决方案，这将使RF和产品设计的复杂性更上一层楼，并在产品设计中增加风险。

在实际原型上进行传统的天线性能测量可以在一定程度上解决目的，即（一个或两个）RF天线数量有限且产品复杂度低。在产品中具有小尺寸、高复杂性和特定射频性能标准的多个天线不遵循这种方法。与许多情况一样，所选的RF天线解决方案无法按预期工作，这可能会缩短上市时间并增加开发成本。

为了解决这一障碍，设计人员寻求优化产品设计流程和开发成本，同时考虑RF解决方案的复杂性。RF仿真是一种可以消除这种额外风险负担的解决方案。

RF仿真是巨大的，随着其仿真复杂性和方法的考虑而增长。有多个模拟器软件，如HFSS，CST，AD等，应根据问题类型明智地使用。大多数情况下，HFSS被选择用于嵌入式解决方案的RF天线设计/仿真。设计人员需要将这种RF天线仿真有效地集成到其产品设计方法、方法和验证阶段，以获得最大收益。

对产品设计的需求变得越来越复杂，产品设计师/经理对如何在产品硬件开发阶段有效地添加射频天线设计感到困惑。新的仿真细节和数据需要新的产品设计管理技术。

从根本上说，射频天线设计/仿真验证了产品选项，还有助于在产品在设计周期中不断发展时选择正确的操作。因此，硬件产品设计和射频天线设计之间的联系表明，如何将射频设计阶段包含在产品开发周期阶段中。

概念验证

概念验证（POC）阶段从没有任何机械模型的产品的基本概念开始。所需的详细信息包括产品用例、天线要求、估计的 PCB 尺寸、主要金属部件（如果有）、材料详细信息和所需的产品尺寸。使用简化的机械模型进行仿真，该模型将提供有关可行和不可行算法的详细信息。稍后，只能在此阶段确定主要障碍，这将有助于产品所有者创建更好的业务案例和产品规范。

预仿真

完成 POC 阶段后，硬件要求规范和系统架构将最终确定。预仿真是使用机械工程师设计的最新/更丰富的模型完成的。此阶段可能需要多次迭代，直到天线解决方案完成。此外，此阶段还将提供多个天线产品中不同天线解决方案的最小距离、位置和方向。该相位应确保产品中的其余变化不会影响RF天线解决方案。预仿真阶段是整个RF天线仿真阶段的主要阶段。

模拟

原理图和布局设计完成后，仿真或虚拟测试阶段开始。届时，原型的机械外壳也将最终确定。因此，该模拟是在功能齐全/极其详细的机械模型上进行的。需要精确的外壳、机械部件属性和材料细节，以获得确切的细节，这将有助于获得更准确的射频仿真结果。此外，它还需要优化RF性能，并测试附近机械，金属和PCB布局变化的可能影响。在这里，RF仿真的准确性取决于准确且定义明确的细节，这有助于获得最终产品中可能存在的风险并提前做好准备。

验证

一旦原型板准备就绪并完成启动测试，验证阶段就开始了。尽管仿真要求精度很高，但它始终需要通过物理测量来验证仿真结果。还需要排除人为错误，并提供正确的模拟细节。在预仿真和仿真阶段，额外的合并滤波器将需要在验证阶段进行调整以获得最佳性能。射频天线测量的验证阶段将填补射频天线产品设计的剩余空白。

在这个完整的RF天线仿真设计阶段，需要考虑多个参数，并确保设计/仿真RF天线解决方案满足其要求。参数包括天线类型、天线位置、方向、设计多个天线时的天线隔离、回波损耗、驻波比、增益、带宽、辐射效率、平面图的影响、附近部件对辐射方向图的影响。

如上所述，将射频天线设计/仿真集成到硬件产品中将有助于有效地设计复杂的射频天线产品。它从初始需求阶段开始逐步降低射频风险，以避免产品在后期阶段出现主要障碍。产品所有者可以根据仿真结果做出主动决策，而不是实际承担风险。

审核编辑：郭婷