En los últimos 10 años, los smartphones han transformado la forma de comunicarnos, entretenernos e incluso trabajar. Cada año se venden más de 1.000 millones de dispositivos en todo el mundo y aproximadamente la mitad de la población mundial tiene al menos un smartphone. Esta enorme cantidad de dispositivos y su velocidad de consumo, donde la vida media del smartphone es de un año y medio aproximadamente, conlleva una creación de una compleja cadena de suministro que mueve millones de dólares anualmente y que pelea en un mercado muy competitivo a nivel de prestaciones e innovación.
Al ser un sector que se mueve tan rápido, reducir el tiempo invertido el ciclo de diseño, así como en la validación y verificación del producto desarrollado, es clave para no perder la ventana de mercado y mantener la competitividad.
Para que los fabricantes se sitúen como líderes del mercado, tienen que cumplir con las altas expectativas a nivel de hardware y software que reclaman los usuarios: conexión constante, alta velocidad de transmisión de datos con distintas tecnologías de comunicación, visionado en streaming de alta calidad, geolocalización y ayuda en la navegación y uso de redes sociales. Con estas expectativas, por las cuales cualquier problema con la conectividad se transforma en frustración del usuario y potencial pérdida de clientes, y con el impulso del uso de tecnologías de comunicación de quinta generación (5G), es necesario tener herramientas que permitan acelerar el proceso de diseño de dispositivos que integran cada vez más sistemas de comunicaciones.
SIMULIA CST Studio Suite, solución del fabricante de software Dassault Systèmes, permite realizar con velocidad y fiabilidad el estudio de los complejos sistemas de antenas utilizados en los dispositivos de comunicaciones móviles.
Uno de los mayores retos a la hora de diseñar un smartphone es el espacio físico disponible. En un smartphone, el mayor espacio útil es ocupado por la batería, por lo que queda muy poco espacio para el conjunto de antenas presente en el mismo.
La introducción del 5G ha añadido una gran complejidad al diseño de los smartphones al introducir dos nuevos rangos de frecuencias a los ya existentes: sub 6GHz y la banda milimétrica por encima de los 24GHz. Uno de los grandes beneficios del uso de esta banda 5G es que permite mayores anchos de banda y velocidades de conexión mucho más altas. Ambas sub-bandas están pensadas para utilizarse en grandes ciudades con alta densidad de población en conexiones relativamente cercanas de aproximadamente 500 metros.
Sin embargo, las antenas de onda milimétricas 5G son eléctricamente muy pequeñas y muy sensibles a las pequeñas variaciones geométricas. Junto con las limitaciones de encapsulado, materiales y sensibilidad e interoperabilidad del resto de antenas del dispositivo, es necesario realizar un estudio cuidadoso de la propagación del campo de dicha antena.
SIMULIA CST Studio Suite permite estudiar la propagación del campo electromagnético y la penetración del mismo en los materiales que conforman el dispositivo ayudando a tomar decisiones relevantes para las prestaciones del dispositivo. Por ejemplo, si se coloca la antena detrás del cristal de la pantalla el campo no podrá atravesar el mismo, se generará un efecto guía de onda donde el campo se queda retenido en un espacio físico limitado y nunca saldrá al exterior (Figura superior). Por otro lado, si se coloca en un lateral donde hay material plástico, dicho campo sí podrá atravesarlo y habrá propagación hacia el exterior (Figura inferior).
SIMULIA CST Studio Suite también permite estudiar el efecto de bloqueo que supone un dedo o una mano delante de la antena, simulando el campo radiado y cómo este atraviesa el tejido humano. La mitigación de este efecto de bloqueo se puede suplir usando varios módulos de antenas 5G y estudiando la interoperabilidad entre ellas.
Adicionalmente, la dificultad que supone la medición del rendimiento de antenas chip 5G conlleva mucho tiempo debido al gran número de pruebas que hay que realizar para obtener una cobertura esférica compleja, siendo mucho más rentable y rápido el uso de simulaciones electromagnéticas. Los datos obtenidos de las simulaciones pueden ser post-procesados automáticamente para producir los resultados requeridos con un mínimo de esfuerzo o intervención del usuario. SIMULIA CST Studio Suite permite realizar este post-procesado, facilitando enormemente los cálculos de los resultados obtenidos gracias a la amplia gama de templates de post-procesado incluidos.
En resumen, SIMULIA CST Studio Suite es un software muy potente que realiza simulaciones electromagnéticas con una alta capacidad de post-procesado de resultados. El uso de esta herramienta de simulación y cálculo de interoperabilidad entre antenas permite reducir considerablemente los recursos necesarios en todo el proceso de diseño, fabricación y pruebas de smartphone que integren la tecnología 5G acelerando el tiempo de salida al mercado de nuevos productos.
Artículo creado por el Dpto. de RF en The CT Engineering Group.
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