5g – die drahtlose Kommunikationstechnologie der fünften Generation – ist als globales Topthema eine unbestreitbare Tatsache. Wie viele Experten gesagt haben, wird diese Technologie zu geringeren Verzögerungen und schnelleren Datenkommunikationsraten führen und zu einem explosionsartigen Wachstum miteinander verbundener Geräte führen.

Der größere Bandbreitenbedarf des 5G-Netzwerks erfordert, dass die Antenne Das Array muss komplett neu konzipiert werden. Von der Einheit über das Array und das Speisenetz bis hin zur vollständigen Modellüberprüfung und Bewertung von Anwendungsszenarien sind eine perfekte Feinsimulation und ein optimiertes Design erforderlich.Forum zur Mikrowellensimulation

Mit ANSYS HFSS das Design und die umfassende Überprüfung von 5g Antenne Array kann in nur 8 Schritten einfach abgeschlossen werden. Darüber hinaus kann HFSS Ingenieuren helfen, verschiedene Antenne Leistungsindikatoren wie:

Verstärkung – die stärkste Signalabstrahlungsrichtung.

Strahlsteuerung -Es kann die Signalabstrahlung in eine bestimmte Richtung steuern.

Rückflussdämpfung - Rückflussenergie, die vom Antenne

Nebenkeulenpegel – Richtung der unerwünschten Signalabstrahlung.

Nach dem Entwurfsprozess wird das erhaltene Array Antenne verfügt über eine höhere Fokussierungsverstärkung, den niedrigsten Rückflussverlust und Nebenkeulenpegel und die Richtung kann gesteuert werden.

Schritt 1: Finden Sie die Vorlage für die Antenneneinheit im ANSYS HFSS Antenna Kit (ATK).

Der erste Schritt von 5g Antenne Array-Design ist die Suche nach der geeigneten Antenne Einheitenvorlage durch HFSS Antenne Werkzeugkasten (ATK). Der Antenne Einheit definiert ein identisches Teil, das letztlich zur Replikation in einer Reihe von Antennes (Antenne Array).

Wählen Sie zunächst ein Antenne Typ aus der Bibliothek des Antenne Toolbox (ATK) und geben Sie dann die Betriebsfrequenz ein und Antenne Substrateigenschaften.

Nach ein paar Sekunden wird die Antenne Toolbox (ATK) generiert die Anfangsgeometrie des Antenne Einheit. HFSS kann auch die Verstärkung und den Rückflussverlust berechnen Antenne Elemente.

Mit der Antenne Einheit, können Ingenieure sie in ein periodisches Array einsetzen. Das Ersetzen von Zellen in einer Reihe von Replikationsdesigns trägt dazu bei, den Gewinn zu verbessern.

Im ersten Schritt wird Antenne Einheit wird selbst ausgewertet. Dieser Prozess kann nun mit periodischen Elementen einer unendlichen Antenne Array.

Es ist leicht zu verstehen, dass die Entfernung anderer Antennes im Array beeinflussen die Eigenschaften von Verstärkung, Rückflussdämpfung, Nebenkeulenrückfluss und Strahlsteuerung. Natürlich können diese Eigenschaften auch durch Anpassung der Antenne Orientierung.

Nach Auswahl der besten Array-Ausrichtung kann das unendliche Array durch Definieren des Array-Faktors in ein idealisiertes endliches Array umgewandelt werden.

In diesem Beispiel ein 16x16 Quadrat Antenne Array wird simuliert.

Das Design Antenne Array benötigt kein idealisiertes Modell. Daher besteht der nächste Schritt darin, eine reale Simulation zu erstellen, um die Interaktion zwischen den einzelnen Antenne Element und der Rand des Arrays.

Die Simulationsmethode wird durch Domänenzerlegung (DDM) vervollständigt. Die Domänenzerlegungsmethode kopiert das Netz einer einzelnen Zelle und wendet es auf die im zweiten Schritt definierte Geometrie an. Die Grenze jedes Netzes überlappt und vernäht sich mit benachbarten Netzen, um die Kopplung benachbarter Array-Elemente zu bewerten.

Mithilfe einer Hochleistungs-Rechenplattform und einer Domänenzerlegungsmethode kann die Rechenlast jedes Antennenelementgitters von mehreren Prozessorkernen parallel verteilt und gelöst werden, um die Lösungsgeschwindigkeit zu beschleunigen.

Sobald das Raster erstellt ist, kann ANSYS HFSS zur Auswertung und Optimierung verwendet werden Antenne Verstärkung, Rückflussdämpfung, Nebenkeulenpegel und Strahlsteuerung. Die Genauigkeit ist besser als bei der Methode in Schritt 2.

Wenn die Übertragungsrichtung des Signals nicht kontrolliert werden kann, 5g Antenne wird bedeutungslos sein. Hier kann der „Finite Array Beam Angle Calculator“ von HFSS verwendet werden, um die Phasenverschiebung zu berechnen, die erforderlich ist, um den Strahl je nach Signalfrequenz und Abtast-/Phasenwinkel in eine bestimmte Richtung zu richten. Diese Winkel werden verwendet, um das Array zu lokalisieren Antenne im Kugelkoordinatensystem.

Der Rechner kann auf dem in Schritt 3 erstellten Raster basieren.Bestimmen Sie die Beziehung zwischen der Antenne im Array und dem spezifischen Scanwinkel des Strahls.

Der nächste Schritt besteht darin, das Speisenetzwerk des Arrays zu entwerfen.

Zunächst ist es notwendig, die Zielphasenbeziehung und -amplitude zu bestimmen und dann das Einspeisenetzwerk in HFSS zu entwerfen und zu iterieren, bis es dem Standard entspricht.

Wenn wir die Speiseschaltung des Arrays iterativ entwerfen, können wir vorhersagen, wie sich jede Iteration auf die Amplituden- und Phasenbeziehung auswirkt.

Nachdem Sie die Verkabelung abgeschlossen und die Einstellungen jedes Arrays optimiert haben, können Sie damit beginnen, alle seine Designs in einem vollständigen Simulationsprojekt zu verbinden.

Das in Schritt 3 erstellte Finite-Elemente-Modell kann nun gemäß der Abstrahlwinkelberechnung in Schritt 4 und dem Speisenetzwerk in Schritt 5 geroutet werden.

Zusätzlich kann ein Phasenschieber zur Steuerung des Signals hinzugefügt werden. Der Phasenschieber kann entsprechend dem in Schritt 4 berechneten Phasenwinkel aus der Komponentenbibliothek ausgewählt werden.

Als nächstes kann eine lineare Netzwerkanalyse (LNA) durchgeführt werden, um den Rückflussdämpfungsindex für dieses fast abgeschlossene Simulationsprojekt zu bewerten.

Jetzt müssen Sie die Anregungsergebnisse von LNA auf HFSS übertragen. Mit anderen Worten: Der Fehlanpassungsverlust vom Speisenetz wird in Form von Amplituden- und Phasenwerten an HFSS übertragen und die Ergebnisse werden dann als Systemverstärkungsdiagramm dargestellt.

Die Verstärkung kann die Strahlungsleistung des Antenne in alle Richtungen.

Der letzte Schritt ist die Bewertung der Designleistung im Antenne Serviceumgebung [yx1].

Dieser Prozess umfasst elektrisch große Szenen und Plattformen, und die Raytracing-Technologie (SBR) von HFSS kann für die Forschung auf Systemebene verwendet werden. Diese Studie kann die Fähigkeit des Antenne zum Senden und Empfangen von Signalen in großflächigen Umgebungen, wie beispielsweise städtischen Gebieten.