支持无线能量收集中的可持续天线设计

电影可能太多了，不值得一提，但场景总是一样的。一群人走进一个似乎绵延数英里的巨大仓库，沿着过道走过一排排无尽的板条箱，试图找到一件藏物，它拥有解决一个重要谜团的关键。幸运的是，这在很大程度上是虚构的，因为复杂的标签系统已经成为仓库资产管理的行业标准。UWINLOC总部位于法国图卢兹，为更有效的资产管理、数字化和定位提供了独特的室内定位系统。这是唯一使用无电池标签的物联网(IoT)室内定位解决方案。标签使工厂和仓库经理能够标记资产，减少延迟，跟踪大量产品，并优化库存流动。

这种独特的解决方案将无电池标签与无线信标和软件平台相结合，为所有行业降低成本，提高商品流管理效率。为了支持能量收集，无电池操作需要特定的天线设计。UWINLOC与CADFEM和Ansys合作，利用他们的仿真专业知识和可靠的仿真解决方案，接受了这一挑战Ansys基于．Ansys，以及CADFEM法国，提供支持和服务，以确保UWINLOC实现最佳的仿真使用。

使用HFSS模拟增强天线开发

条形码、QR码和RFID(射频识别)标签被广泛用于管理仓库内的生产流程，尽管存在一些固有的缺陷，例如读取范围短，或者在某些情况下，读取精度较差。RFID通常被认为是一种被动技术，通常不使用电池，只是在被能源激发后反射无线电波。然而，RFID也可以是主动的，允许更大的传输距离，促进资产位置和移动等信息。“实时”的主动RFID通常是通过一个由嵌入式电池供电的发射机实现的，这使得它更加有效。然而，它也更昂贵，因为它需要频繁的、昂贵的、劳动密集型的维护和相关的电池交换。此外，电池处理的可持续性问题导致了更高的成本和环境问题．

UWINLOC工程师在无电池标签开发过程中面临的最大挑战之一是如何在保持仓库内性能的同时大幅减少电源数量。目标是设计最小的天线，具有最高的能量收集能力范围，考虑生命周期、质量和产品可靠性，而不影响整体性能。总体成本和上市时间同样至关重要。利用Ansys的模拟技术和HFSS仿真软件， UWINLOC开始寻找一个可靠的解决方案。

设计出性能最好的天线的工具越快、越有效，就越能进一步收集更好的能量，从几米到20米。天线在某一个方向上有一定的增益，因此解决方案在一个方向上工作，这使得收获难以实现。Ansys HFSS工具有助于实现这一目标，同时消除了对原型的需求。HFSS使UWINLOC工程师通过仔细的分析和设计，以新的方式使用多个天线，消除了对能量收集和信号定向的任何担忧。

René Stoll是RF/UWB高级研发工程师和天线专家，负责UWINLOC标签解决方案的开发，在该技术方面拥有丰富的经验。早在1991年，斯托尔就受雇于惠普，帮助支持HFSS的预发布，这是他在大学期间使用过的一款软件。他非常熟悉HFSS的优点，并渴望将自己的技能用于解决这一设计挑战。他的目标是为超高频(UHF)和超宽带(UWB)技术开发一种复杂的共轭天线。

斯托尔说:“在建造复杂共轭天线时，我们特别关注的是精度。”“当你在这种环境中工作时，最小的偏差都会被放大，选择正确的求解器尤为重要。HFSS使我们能够开发下一代紧凑型集成天线，将无线能量收集推向一个新水平。如果没有像HFSS这样的模拟器，我不可能设计出我要做的东西。”

利用HFSS实现最佳天线放置

对于Stoll来说，良好的模拟工具对于开发集成到外壳中的天线是必不可少的，即使是塑料天线，因为金属和介质由于靠近而受到直接影响。根据波长的不同，盒装天线的周围环境也显著影响辐射特性。环境需要精确分析，因为链路裕度，或最小期望接收功率和接收机灵敏度与收集之间的差异远小于常规通信系统．

斯托尔说:“如果你从使用HFSS的参数化模型开始，对几何位置的扫描可以很容易地揭示最佳位置。”

如果没有Ansys仿真工具，无电池标签的开发成本会更高，耗时也会更长。使用HFSS还减少了80%的原型制作，从而大大减少了开发时间。HFSS还使Stoll可以自由地从其他系统导入和导出他的设计。

Stoll说:“我把我设计的GDS文件导入HFSS。”“通过这种方式，我可以非常高效地工作，很少调整就能生成设计。这是一个关键功能，允许我无缝地导入设计，然后模拟它们，并记录结果与详细的数据说明了好的图片和漂亮的图表。”

设计一个更可持续的解决方案

UWINLOC无电池标签的价值定位是独一无二的资产跟踪和定位。精确的数字化和位置信息传统上需要有源电池供电系统，而这些系统的维护成本通常要高得多。除了额外的费用，电池最多可以使用一到两年，这对于10或50个标签来说似乎微不足道。如果涉及数千甚至数百万个标签，可扩展性将成为一个更大的挑战，管理环境影响，包括电池回收和处理。生产一个电池所消耗的能量是电池标签一生所消耗能量的三倍。在HFSS仿真软件的帮助下，UWINLOC提供了一种可持续的标签解决方案，具有最佳性能的天线刷新率，依赖于能量收集，而不是电池电量来精确定位资产。

斯托尔说:“HFSS是一种更快、更有效的工具，我们可以用它来设计性能最好的天线，使我们能够进一步收集能量，从几米到20米。”“这代表着一项巨大的创新，而软件正在发挥作用。”

对于资产跟踪定位解决方案的未来，UWINLOC继续期待Ansys和CADFEM开发和生产一流的、环保的资产管理解决方案。了解HFSS如何帮助像UWINLOC这样的公司转型仿真天线技术．