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La antena es una parte importante del sistema de comunicaciones móviles. Con el desarrollo de la tecnología de comunicaciones móviles, Formas de antena cada vez más diversas, La tecnología se está volviendo cada vez más compleja. Entrando en la era 5G, Mimo a gran escala Beamforming se ha convertido en una tecnología clave, Esto impulsa la antena hacia la activación y complejidad. Los métodos de diseño de antenas también necesitan avanzar con los tiempos, Adoptar un método avanzado de simulación para hacer frente a los complejos requisitos de diseño, Satisfacer las crecientes necesidades de rendimiento de la antena en la era 5G.
5G and phased array
The 5G era will be extremely rich in applications. La red 5G necesita adaptarse a escenarios como el ancho de banda grande, Alta fiabilidad, Baja latencia, Y conexiones grandes. Esto requiere una antena 5G para soportar más canales, Ajuste flexible del haz en tiempo real, Y apoya la comunicación de alta frecuencia., Su principal dirección de desarrollo es Mimo a gran escala Antena activa. En comparación con el mimo tradicional, Mimo a gran escala La tecnología de matriz por fases puede mejorar eficazmente el rendimiento del núcleo..
La matriz por fases es una especie de antena de matriz que cambia la dirección del haz de patrón controlando la fase de alimentación de los elementos radiantes en la antena de matriz.
El objetivo principal de la matriz por fases es realizar el escaneo espacial del haz de la matriz, es decir, el llamado escaneo eléctrico. La Matriz escalonada se utilizó principalmente en el radar militar de Matriz escalonada en los primeros días. El radar de Matriz escalonada se ha utilizado ampliamente en el campo del radar militar debido a su velocidad de escaneo rápida y a su capacidad de múltiples tareas, y se ha convertido en uno de los símbolos de la fuerza militar.
Además, la tecnología de la matriz por fases también se utiliza ampliamente en la predicción meteorológica y otros campos civiles.
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Imagen de Internet. La imagen de la izquierda es el radar de alerta estratégica y la imagen de la derecha es el radar meteorológico.
Mirando hacia atrás en la historia del desarrollo de la comunicación móvil, la tendencia de desarrollo de la antena de la Estación base también muestra que la tecnología de matriz por fases es la opción inevitable para mejorar la capacidad del sistema y la eficiencia del espectro, reducir la interferencia y ampliar la cobertura en la era 5G.
En primer lugar, desde las antenas pasivas hasta los sistemas de antenas activas, esto significa que las antenas pueden ser inteligentes, miniaturizadas (co - diseñadas) y personalizadas. En el futuro, la red será cada vez más detallada y será necesario adaptar el diseño a los escenarios circundantes. Por ejemplo, las estaciones en las zonas urbanas se desplegarán mejor en lugar de cubrirse simplemente. Las comunicaciones 5G utilizarán un segmento de alta frecuencia y los obstáculos tendrán un gran impacto en las comunicaciones. Las antenas personalizadas proporcionan una mejor calidad de red.
En segundo lugar, la sistematización y complejidad del diseño de la antena, como los conjuntos de haz (Multiplexación de la División espacial), los haces múltiples y los segmentos múltiples / de alta frecuencia. Todos estos requisitos para la antena son muy altos, lo que implicará todo el sistema y la compatibilidad. En este caso, la tecnología de antenas ha ido más allá del concepto de componentes y ha entrado gradualmente en el diseño del sistema.
Phased Array Simulation Design
The design of phased array can be divided into two parts: antenna array and beamforming network.
Antenna array design
The Diseño de la matriz de antenas Necesidad de determinar la forma y las características del patrón del elemento radiante, Disposición de la matriz y su forma de alimentación, Etc.. El diseño de la matriz determina directamente las características de radiación de la matriz por fases, Por ejemplo, ganancia de antena, Anchura del lóbulo, rango máximo de exploración, Etc.., Es uno de los puntos clave del diseño de la matriz por fases.
1.. Design and optimization of radiating unit
Because the phased array antenna has beam scanning characteristics, La selección de la unidad de radiación tiene algunos requisitos y limitaciones.. There are two types of antennas that are generally suitable as phased array radiating elements:
Aperture antennas, Por ejemplo, guía de onda abierta, Antena de ranura de guía de onda, Antena de parche MICROSTRIP, Etc..;
Monopole or symmetrical dipole evolution, Por ejemplo, un vibrador simétrico impreso, Antena ranurada graduada, etc.
En la era 5G, Para obtener una mayor capacidad de canal, Se introducen muchos nuevos recursos del espectro, Mayor demanda de características de banda ancha de la unidad de radiación. Además de a ñadir una nueva banda a una banda inferior a 6 GHz, Además, se añade la banda de onda milimétrica de alta frecuencia, Hay requisitos más estrictos para la forma y la tecnología de procesamiento de la unidad de disipación de calor. Además, En la tendencia de la integración, La miniaturización y el peso ligero se han convertido en los requisitos básicos del diseño de antenas. En resumen, Los elementos radiantes son principalmente parches MICROSTRIP y dipolos de media onda, Su proceso consiste principalmente en: Placa de circuito impreso Vibrador de plástico.
Diseño de simulación para elementos radiantes, Es muy importante resolver con precisión el rendimiento en la banda de frecuencia de trabajo. Materiales complejos y características geométricas del elemento radiante de la antena 5G, Y las características de banda ultraancha y multibanda., Trae un gran desafío al diseño de simulación de la unidad de radiación.
La tecnología de malla adaptativa única en ANSYS hfss, combinada con la tecnología de malla de banda ancha (BAM), puede obtener de manera eficiente y precisa toda la banda de frecuencia de la red, con el fin de obtener la respuesta exacta de toda la banda de frecuencia.
En el proceso de diseño de simulación, es muy importante encontrar rápidamente el diseño óptimo de los componentes de disipación de calor.
ANSYS hfss puede realizar el ajuste rápido de la derivada y el análisis de sensibilidad basado en el modelo paramétrico.
Encontrar rápidamente el valor correcto de la variable, Una mejor comprensión de cómo las variables afectan el rendimiento, and shorten the development time;
Clarify the most influential parameter categories and focus on highly sensitive design parameters to make the design robust.
Después del análisis de derivados, Basado en los resultados de optimización, Puede filtrar las variables clave, Y la unidad de radiación se puede optimizar automáticamente en hfss para obtener el mejor parámetro S., Patrón de antena, Distribución del campo electromagnético y otros índices de resultados.
La optimización rápida en el espacio de parámetros grandes y el espacio de parámetros múltiples es siempre un gran desafío para los diseñadores. El método de análisis Doe (experimento numérico) es una tecnología avanzada para resolver este tipo de problemas. La herramienta Doe designxplorer en hfss puede ayudar a acelerar el proceso de optimización del diseño de elementos de matriz. Antes de la optimización, el espacio de diseño debe ser explorado y optimizado para reducir los tiempos de simulación. Determinar rápidamente la viabilidad del diseño.
Además, el último modelo rápido de hfss puede proporcionar una simulación rápida de las tendencias de diseño en las primeras etapas del ciclo de diseño del producto sin reducir significativamente la precisión de la solución. A medida que el diseño se acerca a la finalización, la función de precisión hfss se utiliza para la verificación de alta precisión mediante un simple ajuste de diapositivas.
2.. Fast analysis of element method array
Phased array unit selection and design optimization are key aspects of phased array design. Este proceso implica la selección y optimización de muchos esquemas y parámetros. Por consiguiente,, El análisis rápido y el análisis de optimización de correlación son especialmente importantes. Por ejemplo:, El espaciamiento de los elementos de la Matriz escalonada es uno de los parámetros importantes que influyen en las características de radiación de la antena de la Matriz escalonada..
Si la distancia entre los elementos es demasiado pequeña, el efecto de acoplamiento entre los elementos aumentará, lo que no es propicio para la configuración precisa de la amplitud y fase de alimentación de los elementos de la matriz por fases, de modo que parte de la energía almacenada en la región de campo cercano frontal, no puede irradiar eficazmente; Además, los patrones en la matriz celular también se distorsionan, y los puntos ciegos de escaneo aparecen cuando la antena de la matriz se escanea en un gran ángulo.
Cuando el espaciamiento de los elementos es demasiado grande, los lóbulos de rejilla perjudiciales aparecerán en el espacio físico visible de la antena de escaneo de fase. Debido a que el nivel del lóbulo de rejilla es igual al nivel del lóbulo principal, la energía del haz de la antena de Matriz escalonada en la dirección de la radiación principal se reducirá en gran medida.
Por lo tanto, el diseño y optimización de la disposición de la matriz es muy importante. Al diseñar la fachada, los ingenieros necesitan un método de simulación que pueda optimizarse rápida y repetidamente para obtener un espacio adecuado entre las unidades.
El método de elementos en ANSYS hfss puede ayudar a los ingenieros a evaluar rápidamente el espaciamiento de los elementos y el rendimiento de los elementos en la matriz en una etapa temprana Diseño de la matriz de antenas.
