Optenni Lab

Optenni Labアンテナアレイモジュールは、アンテナエレメントのアイソレーションが完全ではないアレイ設計向けの評価および最適化ツールです。相互結合は、アレイのパフォーマンスを低下させる多くの影響を引き起こします。最も問題なのは、ビームスキャン角度に強く依存するアクティブインピーダンスです。

Optenni Labは厳密にアレイアンテナの効率を最適化します。ポートの結合は完全なSパラメータマトリックスによってモデル化され、ビームを形成してシステム全体の効率を計算するときに、各ポートの正規化された放射パターンが使用されます。これは、設計者がアレイのアイソレーションや対称性を近似的に想定することなく、実現されたパフォーマンスを評価できることを意味します。さらに、Optenni Labは、特定の励起のアクティブインピーダンスを計算し、励起回路と整合回路の両方を最適化して、アクティブインピーダンスの影響を最小限に抑えながら、必要なメインローブゲイン、サイドローブレベル、および放射ヌルを実現します。アレイの回路と放射の側面を簡単に組み合わせることができるため、Optenni Labは、統合されたアレイPAモジュール設計、たとえば5Gのモバイルまたは固定mm波アレイ用のユニークなツールになります。

ビーム走査範囲ツールは、アレイのステアリング機能の迅速な評価を提供します。ブラインドスポットを明らかにし、スキャン範囲のCDF曲線表現をサポートします。

Dolph -Chebyshev励起のパラメーターを調整すると、結果のビーム（偏光楕円付き）とアクティブインピーダンスがインタラクティブに表示されます。

Optenni Labは、帯域幅ポテンシャルとQファクターのアプローチを使用して、アンテナインピーダンス曲線から取得可能な帯域幅を推定するためのツールを提供します。

帯域幅ポテンシャルの計算では、Optenni Labは周波数ごとに最適な2素子マッチング回路を合成し、得られた最大インピーダンス帯域幅を計算します。分析はデータ内のすべての周波数に対して実行され、各中心周波数で取得可能な帯域幅を示す曲線が得られます。

• インピーダンス曲線を見ても明らかではないポテンシャルのある「隠れた」帯域幅を明らかにする
• アンテナが元々共振していない場合でも、帯域幅が目的のアプリケーションに対して十分に大きいかどうかを確認します
• プロトタイプの適切な帯域幅比較を行い、修正しやすい不一致を除外します
• アンテナが最大帯域幅を提供する周波数を確認します

帯域幅ポテンシャルの計算により、アンテナの設計プロセスがスピードアップします。アンテナを目的の周波数範囲で共​​振するように明示的に調整しなくても、測定またはシミュレーションされたプロトタイプから取得可能なアンテナ帯域幅をすばやく見積もることができます。帯域幅が十分でない場合は、帯域幅ポテンシャルが仕様を満たすまで設計を変更してから、マッチング回路の実際の実装を検討することができます。

さまざまな参照S11レベルに対して帯域幅ポテンシャルの分析を繰り返すことで、特定のアンテナの帯域幅の動作をすばやく評価するための「マップ」を作成できます。

標準および最適化された帯域幅ポテンシャルの例。縦軸は、中心周波数のパーセンテージとしての相対帯域幅です。

さらに、Optenni Labは、インピーダンスデータに基づいてアンテナのQ値を直接推定できます。この方法は、特にインピーダンスデータにノイズが多い場合、または複数の共振が存在する場合、帯域幅ポテンシャルの計算よりも精度が低くなります。

Optenni Labには、自動マッチング回路の生成と感度分析をサポートする、一般的に使用されるインダクターとコンデンサーの使いやすいコンポーネントライブラリが含まれています。現在、6つの主要メーカー（AVX、Coilcraft、Johanson、Murata、Taiyo Yuden、TDK）の100以上のコンポーネントシリーズがライブラリに含まれています。

ライブラリの設定は簡単です。お気に入りのコンポーネントシリーズをOptenni Lab GUIから直接ダウンロードしてインストールできます。その後、コンポーネントシリーズを選択して、自動合成または手動トポロジ最適化を行うことができます。最適化では、Optenni Labはコンポーネントの損失と寄生効果を考慮し、使用可能な個別のコンポーネント値の最高のパフォーマンスの組み合わせを選択します。

コンポーネントライブラリには許容誤差データも含まれているため、コンポーネントの許容誤差による回路パフォーマンスの統計分析を実行でき、パフォーマンスの感度に従ってトポロジをランク付けできます。

アンテナのペア間の分離を検討する場合、結果は各アンテナのインピーダンス不整合に依存します。つまり、見かけ上優れたアイソレーションは単にミスマッチが原因である可能性があり、アンテナが適切に整合されている場合、アイソレーションは実際には非常に悪い可能性があります。

Optenni Labは、この影響が除外され、両ポートが整合された状況でのアイソレーション分析機能を提供します。システムに2つ以上のアンテナがある場合、他のポートがOpen、または終端した状態を選択できます。（通常50オームですが、終端インピーダンスが異なる場合もあり、周波数依存）。

3-アンテナシステムのEM分離：
アンテナ2をアンテナ1または3のいずれかとペアにして、2.4 GHzでMIMOシステムを形成できますが、アンテナ1と3は異なる帯域で動作する必要があります。

現在、Optenni Labは、次の電磁界シミュレータとのリンクをサポートしています。

• CST Studio Suite
• ANSYS Electronicsデスクトップ（HFSS）
• FEKO
• XFdtd

典型的なワークフローでは、電磁界シミュレータでアンテナ構造がモデル化され、放射特性が解析されます。OptenniLabはEMツールにリンクし、S-parameter情報を取得します。

さらに、Optenni Labは、EMツールからの放射パターンを使用して、ポート終端の条件に応じた放射効率を直接計算できます。これにより、放射効率がアパーチャコンポーネントの選択に大きく依存する、高度に結合されたアンテナシステムとアパーチャチューナーの設計でも、全体効率を最適化できます。

さらに、Optenni Labのアンテナアレイモジュールは、ビームフォーミングおよびシステム全体の効率の計算に、EMシミュレーションの各ポートの放射パターンを使用します。

• アンテナモード：複数のアンテナの効率が同時に最適化されます。
• 一般的なマルチポートモード：システムの適切な伝達Sパラメータ（S21など）が最適化されます。このモードは、RFフロントエンド、デュプレクサ、フィルタ、アンプ、近距離無線通信、ワイヤレス充電などに使用されます。

同時マルチポートマッチングは、システム内のポート間に高い結合がある場合、シングルポートマッチングよりもはるかに複雑な問題です。課題は主に2つの問題から生じます。1つ目は、ポートを個別に処理できないため、問題の次元が高くなります。次に、候補となるトポロジの数は、ポートの数とともに指数関数的に増加します。Optenni Labは、並列処理と最も有望なトポロジの効率的な事前選択を採用して、ソリューション時間を大幅に削減します。

アイソレーションの計算機能は、システムの任意の2つのポート間のワーストケースのカップリング（または一般的なマルチポート回路の最適結合状態）を提供します。

アンテナモードは、ビームフォーミング合成を含むアンテナアレイのパフォーマンス最適化にも適用されます。アンテナアレイ最適化モードのご利用は別途アンテナアレイモジュールのライセンスが必要です。

Optenni Labは、ネットワークアナライザーと簡単にインターフェイスして、測定されたインピーダンスデータを読み取り、測定データに基づいてリアルタイムで整合回路を最適化できます。インピーダンス環境が変更された場合、たとえばアンテナがファントムヘッドの近くに配置された場合、シミュレートされた整合アンテナのパフォーマンスはそれに応じて更新されます。以下のメーカーのネットワークアナライザーがサポートされています。

• Anritsu
• Copper Mountain Technologies
• Keysight
• PICO Technology
• Rohde & Schwarz
• Tektronix

Optenni Labは、モデルに応じて、ネットワークアナライザーへのLAN、USB、GPIB、およびCOMインターフェイス接続をサポートしています。

Optenni Labは、インピーダンスと測定されたトータル効率データからアンテナ放射効率を計算します。これらのデータは、同じ周波数グリッドを使用する必要はありません。インピーダンス（Sパラメータ）データはTouchstoneファイルから読み取られ、放射効率データはテキストファイルから読み取られます。コメント行は無視され、データは異なる周波数単位（MHzまたはGHzなど）を使用して指定できます。 他のアンテナポートへの結合は、放射効率の計算で考慮されます。

さらに、整合回路が構築されると、Opttenni Labはインピーダンスの不整合、整合回路の損失、放射効率、および他のアンテナへの結合を考慮して、回路全体の効率を計算します。

製造されたすべてのインダクタとコンデンサの特性は、常に公称性能に対してばらつきます。Optenni Labは、パフォーマンスに対するコンポーネントの許容誤差の影響を分析するためのワンクリックの許容誤差分析を提供します。コンポーネントライブラリの各製品情報には公差に関する情報も含まれるため、製品シリーズ毎の公差の違いによるパフォーマンスの偏差について容易に比較検討することが可能です。

Optenni Labのユニークな機能は、すべてのトポロジー候補（おそらく数百）の許容誤差分析を自動的に実行し、許容誤差の感度に従って設計候補リストを再ソートすることです。

公称性能は良好ですが、設計はコンポーネントの許容誤差の影響を受けます。

この回路の公称性能は中程度ですが、コンポーネントの許容誤差の影響をあまり受けません。

Optenni Labの最も先進的なアプリケーションの1つは、複数の周波数帯域を切替えることで動的に活用するチューナブルアンテナの設計です。以下のような設計上の課題があります。

• 通常、整合回路には固定部品があり、異なる周波数範囲で良好な性能を発揮する必要があります。つまり、提供されるすべての周波数帯域構成を同時に最適化する必要があります。
• 放射効率はアパーチャコンポーネントインピーダンスに強く影響をうけるため、システム全体の効率を最適化する際にこれを考慮する必要があります。
• キャリアアグリゲーションモードが一般的に使用され、セットアップがさらに複雑になります。

Optenni Labは、ユーザーが必要とする最小限の設定でこの設計モードをサポートするように独自に設計されています。アクティブコンポーネントはスイッチまたは可変コンデンサーであり、多投スイッチ状態もサポートされます。スイッチまたは可変コンデンサモデルは、無料のMDIFファイルクリエータユーティリティと各状態のS-parameterを使用して、簡単に作成できます。

アパーチャチューナーアプリケーションの場合、ターミネーションに依存する放射効率を適切にキャプチャするには、ポートごとの放射パターンをキャプチャするアパーチャポートでアンテナの完全なEMシミュレーションを実行し、EMシミュレータリンクを使用して設計データをOptenni Labに転送するだけで十分です。Optenni Labは、システムのSパラメータとともに放射パターンデータを使用して、アパーチャの終端が変化したときに放射効率を動的に再計算します。

インピーダンスチューナーの場合、Optenni Labは、システムが必要とするさまざまな周波数帯域の組み合わせに対応して、アンテナの入力で固定コンポーネント、スイッチ状態、可変コンデンサー値を最適化できます。アパーチャとインピーダンス調整技術を組み合わせたハイブリッドアーキテクチャもサポートされています。

Aperture tuner example for 4-state Carrier Aggregation

• CSTMICROWAVESTUDIO®では、コマンド「ホーム->マクロ->マッチング回路->オプテンニラボの起動」を使用して、シミュレートされたインピーダンスと放射パターンデータを使用してオプテンニラボを起動します。
• Optenni Labで回路を合成し、生成された回路のいずれかを右クリックして[CST DESIGN STUDIOに回路を転送]を選択します。その後、回路がCST DESIGN STUDIO回路図上に構築され、外部ポートに接続されてシミュレーションされます。