可穿戴无线设备与ANSYS仿真技术

近年来，随着医疗保健、体育、执法、娱乐等领域实际需求的增长和潜在应用前景的看好，人们对可穿戴无线设备的兴趣不断提升。

举例来说，美国国防部正在开展一项关于士兵可穿戴无线设备的研究，该设备能帮助医疗人员检测士兵的生命体征，收集有关医学信息。可穿戴无线设备的开发也能检测和记录运动员的表现情况，包括跑步速度以及步数等。

无论什么应用，贴近人体的无线设备都面临一系列主要的设计挑战。设备辐射必须保持在较低水平，避免对人体构成健康威胁。设备功耗、尺寸、长宽比和重量同时也要实现优化以适合穿戴。同时设备还要确保能够发送足够功率的信号，以发送到正确的位置，从而被目标设备很好地接收，同时要考虑到人体本身可能会吸收大部分信号的问题。

系统建模

Synapse Product Development为业界领先的消费电子和生命科学企业，解决从概念到制造的有关工程难题。该公司的一大专长在于开发可穿戴无线设备，满足各种应用的需求。天线设计往往是这种设备的一大挑战，因为身体会吸收很多能量。Synapse采用ANSYS HFSS 3-D全波电磁(EM)仿真器和ANSYS人体模型来评估各种天线设计的性能，进行完整的系统建模，包括无线设备、天线以及它们与人体的相互作用。由于无 需构建物理原型就可评估设计，这能够帮助Synapse工程师将天线性能比传统设计理念提高五倍之多。

ANSYS HFSS仿真输出显示足部和地面吸收的功率

天线设计的重点是发射器到接收器的功率传输。偶极子天线是很好的性能参考，能提供出色的几何结构，优化天线的功率传输。就FR4印刷电路板制成的 2.45GHz天线而言，波长为60毫米，因此偶极子的总长度应为30毫米。这对于大多数可穿戴无线设备来说都太长了。因此电气工程师要设计更小型化的天线，其性能则要与偶极天线尽可能类似。举例来说，工程师尝试将天线的辐射阻抗匹配于收发器的最佳负载阻抗。辐射阻抗是指天线辐射电磁波导致的天线馈点阻抗。

可穿戴无线设备所需的天线几何结构比较复杂，因此很难采用传统的加工后测试的设计流程在合理时间内创建出可接受的设计方案来。

面对这个问题以及许多其它困难的设计挑战，Synapse工程师评估了许多不同的仿真产品。而ANSYS解决方案几乎能满足他们所有的设计挑战要求，包括电路、电磁、机械和热仿真等。ANSYS软件支持自动数据传输，以同时优化多学科和多领域的产品。Synapse的管理层认为，从统一的厂商采购所有仿真工具最有利，这样所有问题和培训需求都能得到统一解决。