該團隊使用仿真技術研究了各種天線設計。他們改變輻射、耦合和電感短路帶的長度和寬度,以及短路和饋入引腳的位置。為了進行HFSS仿真而修改尺寸會帶來散射參數(S參數)的顯著改變,尤其是反射損耗(S11)。反射損耗可以用于判斷天線在不同頻率下的性能。為了改善824MHz到2,500MHz頻率范圍內的反射損耗值,該團隊優化了尺寸。
判斷天線性能的其它方法還有電流分布法、遠場方向法、增益和天線效率法。該團隊仿真了天線在900MHz、1,900MHz和2,600MHz頻率下的電流分布和遠場方向圖。輻射帶和短路帶上強大的表面電流分配說明這些走線是支持天線在較低頻率頻帶下工作的主要原因。長耦合帶控制著1,900MHz下的諧振模態,而短耦合帶控制著2.600MHz下的諧振模態。各向垂直極化的平滑變化說明天線覆蓋良好。
在較低頻率下,輻射頻率曾發生過50%到64%的變化,在較高頻率下,曾發生過62%到77%的變化,而天線效率只要大于45%就足以滿足移動電話的實際應用需求。
最后經過優化的設計需要15mm x 45mm的適中PCB面積(不含頂部或底部的接地面)。該天線設計由輻射帶、電感短路帶和耦合帶組成。輻射帶最長,位于PCB接地面外的頂部邊緣。電感短路帶僅為0.5mm寬,通過PCB上的孔讓系統短接到地。耦合帶位于輻射帶和電感短路帶之間。耦合帶可為輻射帶和電感短路帶提供激勵電壓。輻射帶和電感短路帶一起提供低頻段的GSM諧振。耦合帶有兩個分支,可生成1,710到2,690MHz的較寬的高頻帶。
◤根據仿真和實驗結果,該設計適合直接印刷在器件的系統PCB上。◢
為確認HFSS仿真結果,團隊使用矢量網絡分析儀(VNA)和消聲室測試了該天線。由于天線印刷在PCB上,團隊使用50歐姆的同軸饋入信號在天線饋入點上激勵天線。為仿真真實情況,測試中也使用了1mm厚的塑料外殼,外殼和PCB之間的間距為1mm,再現了手機的構造。仿真得到的反射損耗值與通過物理實驗得到的實際反射損耗值非常吻合。
在使用仿真工具之前,工程師不得不先構建原型,然后使用能夠確保仿真結果的相同設置單獨地測試每一個設計方案。這是一種非常低效的方法,每一項待評估的設計都要花費數星期,幾乎沒有時間去優化和測試那些創新性改進。

▲測得的建議天線的輻射效率和天線增益:(a) GSM 850/900 MHz頻段;(b) GSM 1,800/1,900 MHz/UMTS 2,100 MHz和WLAN 2,400 MHz/WiMAX 2,300/2,500 MHz頻段
在設計過程中引入ANSYS HFSS之后,該團隊在構建原型之前就研究了多種天線的配置,并優化了設計,從而節省了20%的物料成本。工程師能夠運行20種不同仿真來分析各種天線的配置,并僅用三天時間就完成最終設計的優化。
通過ANSYS HFSS預測得到的天線阻抗匹配性能結果與工程團隊采用矢量網絡分析儀取得的實驗數據非常吻合。根據仿真和實驗結果,該設計適合直接印刷在器件的系統PCB上。加上它的制造成本低廉,使得這種天線成為移動電話應用的一個極具吸引力的選擇。