支持无线能量收集中的可持续天线设计

电影可能太多，无法一一提及，但场景总是一样的。一群人进入了一个巨大的仓库，这个仓库似乎有几英里长，他们沿着过道走过无穷无尽的板条箱，试图找到一件能解开一个重要谜团的神器。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，提供独特的室内定位系统，实现更高效的资产管理、数字化和定位。这是唯一一个使用无电池标签的物联网(IoT)室内定位解决方案。这些标签使工厂和仓库管理人员能够标记资产，减少延迟，跟踪大量产品，并优化库存流。

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接受了这一挑战，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Ansys基于。Ansys和CADFEM法国，提供支持和服务，以确保UWINLOC实现模拟的最佳利用。

利用HFSS仿真加强天线开发

条形码、QR码和RFID(无线射频识别)标签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准确性较差。RFID通常被认为是一种无源技术，通常没有电池，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，方便信息，如资产位置和移动。在“实时”方面，有源RFID通常是通过由嵌入式电池供电的发射器来实现的，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，以及相关的电池更换。此外，电池处理的可持续性问题会导致更高的成本和成本环境问题。

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显著减少电源数量。目标是在不影响整体性能的情况下，考虑到生命周期、质量和产品可靠性，设计出具有最高能量收集能力范围的最小天线。总体成本和上市时间同样至关重要。利用Ansys的仿真专业知识和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、效率越高，就能在几米到20米的距离内收集到更好的能量。天线在某一方向上有一定的增益，因此解决方案只能在一个方向上工作，这使得收获难以实现。Ansys HFSS工具在消除对原型的需求的同时，也有助于实现这一目标。HFSS使UWINLOC工程师能够通过仔细的分析和设计，以新的方式使用多天线，消除了对能量收集和信号方向的任何担忧。

ren Stoll是负责UWINLOC标签解决方案开发的RF/UWB高级研发工程师和天线专家，在该技术方面拥有丰富的经验。早在1991年，斯托尔就被惠普(Hewlett Packard)聘用，帮助支持他在大学期间使用过的软件HFSS的预发布。他非常熟悉HFSS的好处，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:“在建造复杂的共轭天线时，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，将无线能量收集提升到一个新的水平。如果没有像HFSS这样的模拟器，我就不可能设计出我想要做的事情。”

利用HFSS实现最佳天线布局

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至关重要，即使是塑料的，因为金属和电介质由于其邻近而直接影响。根据波长的不同，箱形天线的周围环境也对其辐射特性有显著影响。环境需要精确地分析，因为链路裕度，或最小期望接收功率和接收器灵敏度之间的差异与收获相比，要小得多通信系统。

Stoll说:“如果你从HFSS的参数化模型开始，对几何位置的扫描可以很容易地显示最佳位置。”

如果没有Ansys仿真工具，开发无电池标签的成本会高得多，时间也会长得多。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能够自由地从其他系统导入和导出他的设计。

Stoll说:“我将我设计的GDS文件导入到HFSS中。“通过这种方式，我可以非常有效地生成设计，只需很少的调整。这是一个关键功能，使我能够无缝地导入设计，然后模拟它们，并将结果用详细的数据记录下来，并用精美的图片和图表说明。”

设计一个更可持续的解决方案

UWINLOC无电池标签的价值主张是资产跟踪和定位所独有的。传统上，准确的数字化和位置信息需要有源电池供电系统，而有源电池供电系统的维护成本通常要高得多。除了额外的费用外，电池最多只能使用一到两年，对于10到50个标签来说，这似乎微不足道。如果涉及到数千甚至数百万个标签，那么可扩展性就会成为更大的挑战，就像管理环境影响一样，包括电池的回收和处理。生产一块电池的能量是电池标签在使用寿命中所消耗能量的三倍。在HFSS仿真软件的帮助下，UWINLOC提供了一个可持续的标签解决方案，该解决方案具有最佳的天线刷新率，该解决方案依赖于能量收集，而不是依靠电池供电来实现准确的资产定位。

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佳的天线，使我们能够从几米到20米的距离进一步收集能量。”“这代表着一项巨大的创新，而软件正在发挥作用。”

至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资产管理解决方案。了解HFSS如何帮助像UWINLOC这样的公司转型天线仿真技术。