如何使用HFWorks设计和仿真可穿戴设备的蓝牙天线

可穿戴技术通常被认为是物联网 （IoT） 的最大应用之一。智能电子的这一分支是新兴物联网应用的缩影。如今，智能手表是最常见的可穿戴设备之一。通常，蓝牙协议用于保护智能手表与其他设备之间的连接。在本文中，智能手表的蓝牙天线是使用 SOLIDWORKS 设计的，并使用全波模拟器 HFWorks 进行仿真。

将演示扁平和弯曲蓝牙天线的两种配置，以比较两种情况下的电磁行为。HFWorks 的天线分析用于模拟这些天线。

扁平蓝牙天线

设计与仿真

图 1 显示了平面蓝牙天线结构的配置。该天线的整体尺寸为 ，工作频率为 2.45GHz。该天线使用阻抗为 50 欧姆的微带线激励。使用的材料是FR4，相对介电常数为4.5，金属被认为是完美的电导体（PEC）。

图 1 - 平面天线的正视图和底视图。

结果

图 2 显示了使用 HFWorks 通过快速扫描类型模拟的回波损耗 S11。频率范围从 2GHz 到 3GHz。如下图所示，该天线谐振在 2.45 GHz。

图 2 - 平面天线的回波损耗 S11 （dB）。

电压驻波比 （VSWR） 如图 3 所示。在 2.45 GHz 时，VSWR 小于 1.2

图 3 - VSWR 的 2D 图。

图 4 给出了 XZ、XY 和 YZ 平面在 2.45GHz 处的增益的远场数据的极坐标图。

图 4 - XY、YZ 和 XZ 平面中 2.45 GHz 增益的二维图。

弯曲的蓝牙天线

设计与仿真

对于可穿戴电子产品，研究天线在各种弯曲条件下的性能是非常重要的。SOLIDWORKS 的不同配置将通过改变弯曲角度来呈现。图 5 显示了弯曲蓝牙天线的几何形状。

图 5 - 弯曲天线的几何形状（顶视图和底视图）。

使用 SOLIDWORKS 中的多配置功能模拟和比较不同的弯曲角度。表 1 封装了 HFWorks 处理的配置。

结果

图 6 给出了每种配置的模拟回波损耗 S11。显然，弯曲角度对天线的谐振频率有连锁效应。

图 6 - 每种配置的模拟回波损耗 S11。

弯曲后的共振频率在2.37GHz左右，超出蓝牙频段；这意味着弯曲会影响天线在谐振频率方面的性能。不同配置的增益模式如图 7 所示。所有配置的增益模式都保持全向模式，但平面天线的值最高。

图 7 - 每种配置的增益模式

结论

用于可穿戴手表的蓝牙天线是由 SOLIDWORKS 和 HFWorks 二人组设计和模拟的。由于 SOLIDWORKS 中的多配置功能，为了研究弯曲对蓝牙天线性能的影响，采用了不同的配置。这些发现证实了该天线在谐振频率和增益方面对弯曲的敏感性。