作者 | Zhou Ming

 

 

 

在一個設(shè)備中包含多個不同天線的產(chǎn)品變得越來越普及，最具代表性的產(chǎn)品是手機、無人機、電動汽車等。這些設(shè)備的共同特點是在同一個平臺上有多個的射頻發(fā)射和接收設(shè)備，由于發(fā)射機和接收機通常同時工作，如果發(fā)射信號與接收信道在同一頻率上產(chǎn)生，并且天線之間的耦合足夠高，則會造成接收機干擾。除了天線之外，PCB上的時鐘CLK以及高速走線的諧波也可能覆蓋RF頻率范圍，導(dǎo)致射頻系統(tǒng)的性能惡化，這都是不可接受的。CST 干擾任務(wù)（Interference Task）的目標(biāo)是評估多天線之間的干擾風(fēng)險，該功能完全集成在CST工作室套裝內(nèi)。

 

CST的干擾任務(wù)（Interference Task）的工作流程分為三步：

第一步：創(chuàng)建與射頻系統(tǒng)性能相關(guān)的3D模型，通常這部分模型包含天線、PCB走線、外圍結(jié)構(gòu)件、Cable等，通過3D仿真提取S參數(shù)，得到不同部件之間的耦合矩陣。

 

第二步：根據(jù)射頻系統(tǒng)工作的頻段、信道以及與發(fā)射器和接收器有關(guān)的屬性來定義RF子系統(tǒng)規(guī)范。

 

第三步：執(zhí)行計算分析評估在帶內(nèi)和帶外接收到的功率，評估潛在的干擾風(fēng)險等級。

 

CST2025在Interference Task的升級主要是兩個方面：1、在計算S參數(shù)矩陣時，可以靈活地選擇用Field Source Port（近場源端口）替代真實天線模型，同時可以創(chuàng)建Cable 2D（TL）模型，直接拿到Cable與天線之間的耦合矩陣，這為復(fù)雜系統(tǒng)級建模提高了極大的便利性。2、在Interference Task中定義RF子系統(tǒng)時，可以考慮放大器的非線性行為，并且允許計算接收機內(nèi)部放大器中的互調(diào)產(chǎn)物，這是CST的用戶多次要求的功能。

 

 

 

l第一步：提取S參數(shù)耦合矩陣

Interference Task仿真的第一步是構(gòu)建3D模型，提取S參數(shù)矩陣。下圖是我們構(gòu)建的仿真模型包含兩根同軸Cable，PCB模型上包含微帶走線和WiFi天線，GPS天線用Field Source Port替代真實的3D模型，這樣做是為了提高仿真效率。

 

利用CST時域TLM求解器進行計算，為了提升仿真效率，GPU加速設(shè)置為2。

 

l第二步：定義RF子系統(tǒng)規(guī)范

 

 在定義RF子系統(tǒng)之前，我們需要在Schematic中定義port。在這個案例中，我們定義了4個port，分別對應(yīng)GPS、WiFi、2個signal端口。創(chuàng)建S-Parameters task，得到S參數(shù)結(jié)果。

 

接下來創(chuàng)建Interference task，點擊創(chuàng)建好的Int1，可以看到4個port，分別對應(yīng)GPS、WiFi、和另外2個信號端口。

 

 

接下來我們依次定義RF子系統(tǒng)規(guī)范。首先是GPS作為接收系統(tǒng)的參數(shù)，RX接收靈敏度定義為-115dBm。

 

 

WiFi子系統(tǒng)同時定義了發(fā)射機和接收機的參數(shù)，TX端發(fā)射功率20dBm，Signal shape選擇模板定義好的WiFi OFDM。

 

 

下圖顯示了定義好的第一個信道的信號波形，包含了基頻和前兩個諧波信號。

 

RX接收靈敏度定義為-94dBm，SNR設(shè)置為6dB。

 

 

另外兩個信號端口我們都定義成時鐘clock信號，定義參數(shù)如下。

 

定義好的的RF子系統(tǒng)如下圖所示。

 

接下來創(chuàng)建1 to 1 task, 點擊update開始分析。

 

 

 

第三步：射頻干擾風(fēng)險分析

下圖解釋了Interference task的判斷機理，當(dāng)干擾信號落在接收帶內(nèi)時，綠色代表接收到的干擾信號功率，紅色代表最低的接收敏感度功率。當(dāng)EMI Margin>0dB時，代表接收端的干擾信號功率（綠色）超過了最低的接收敏感度功率，干擾風(fēng)險極高；當(dāng)EMI Margin<-10dB時，代表接收端的干擾信號功率（綠色）遠小于最低的接收敏感度功率，干擾風(fēng)險極低；當(dāng) -10 dB < EMI-Margin < 0 dB，則代表風(fēng)險為中。

 

 

Interference task利用下方矩陣的方式來表示干擾分析的結(jié)果，通過不同顏色是表示風(fēng)險的等級。如下圖所示，所有的結(jié)果都是綠色，代表無射頻干擾風(fēng)險。

 

通過觀測收、發(fā)信號之間的頻率分布，可以看出 ，我們設(shè)置的TX信號完全避開了GPS的接收頻段，因此沒有造成干擾。

 

 

 

（內(nèi)容、圖片來源：CST仿真專家之路公眾號，侵刪）

 

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