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[原创]射频天线:5G时代的机遇与挑战 [复制链接]

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离线k1chuuu
 

只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 06-22
— 本帖被 faradynamics 执行加亮操作(2020-06-22) —
    天线用于无线电波的收发,连接射频前端,是接收通道的起点与发射通道的终点。天线按功能分为主天线、GPS定位天线、Wifi天线、NFC天线、FM天线等应用又分为基站侧与终端侧。    


5G的发展推动天线需求增加

随着第五代(5G)无线通信系统发展,5G网络建设和终端设备逐渐开始商用我们的生活正在发生巨大变化,包括学习工作、游戏影音、居家生活等。同时,第六代(6G)移动通信系统成为备受学术界和工业界瞩目的重要领域,前景广阔。而在各产业链中,天线为最先受益环节。

1 各产业链环节收益顺序 来源:上海申银万国证券研究所


5G对天线提出了更高要求,需要更大容量更多模块覆盖5G采用波束成形技术,必须采用多天线阵列系统(Massive MIMO)。
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多入多出)技术是指基于多天线的基础上,基站与手机之间可以进行通过很多信道进行通信,每一对天线独立传输一路信息,通过汇集实现传输速率的成倍增长。MIMO系统通常涉及基站发射天线数量以及用户设备接收天线数量。随着MIMO技术的普及智能手机天线数量提升,从4G早期的2×2到旗舰机采用的4×4方案,再到5G时代智能手机8×8甚至更多天线;传统的MIMO通常有2天线、4天线、8天线,Massive MIMO的天线数量可以超过100个,当前5G主流选择之一的64T64R天线,192个天线振子组成。
天线行业即将迎来快速增长阶段


天线设计难度提升,对电磁设计工具的要求进一步提升

虽然天线的市场不断扩张,但另一方面,天线设计的难度也不断提升。
例如全面屏手机的出现给天线设计带来了挑战手机的屏占比越来越大,留给天线的空间越来越小。从16:9的屏幕,到18:9甚至更大比例的屏幕,留给天线的空间大概只有3-5毫米甚至更窄。摆放天线的位置受限,天线的净空区缩小,会使得天线的全向通信性能从而使天线的设计难度提升电磁设计软件的要求也进一步提高

2 iPhone XS各天线分工  来源:GeekBar


再例如Massive MIMO天线阵列。32T32R和64T64R的Massive MIMO天线阵列,可以实现水平和垂直方向上的3D波束赋型,从而有效增强对高层住宅的覆盖。但在强大的“Massive MIMO+波束赋型”背后,是对厂商软硬件研发能力的考验。在研发的过程中,天线系统的滤波特性、增益作用、抗干扰效果,都是工程师们需要深思熟虑的问题。而且天线数量和手机终端数量越多,天线的复杂度就越高,对算法和芯片处理能力的要求也越高。

3 -4G5G基站天线变化


因此,为了得到快速、准确的仿真结果,使用大容量、全波三维电磁场算法进行仿真是一种非常有效的手段。
杭州法动科技有限公司的SuperEM软件在这方面有很大的优势。该软件不仅使用了全波电磁场分析,同时保证计算精度和效率;并且采用AI建模技术,可对电路进行参数化设置,快速训练建模,进行快速优化设计;而且,SuperEM也可以与专业的PCB设计软件进行集成,并且支持业界主流文件格式的导入导出。
另外,SuperEM也可以结合另外一款系统级自动优化工具——Circuit Compiler,对电路版图进行进一步仿真和参数优化等。

4- PCB级电磁仿真解决方案




为了使大家更好地理解天线,并能够自主运用EDA工具设计天线,杭州法动科技与EETOP联合推出了这门《天线设计EDA仿真——从入门设计到深度学习与实践》。并且邀请到了袁博老师作为主讲人。

适用人群:
天线设计爱好者、初学者,微电子或通信相关专业大学生等
老师介绍:
袁博老师武汉大学博士。长期从事天线设计及其自动化等研究。主持科技部国家重点研发计划子课题、国家重点实验室基金、浙江省科协育才工程等多个项目。发表高水平学术论文20余篇,授权专利若干。
课程概述:
本课程基于讲师多年教学和实战经验,通过录屏的方式,采用PPT讲解结合软件实际操作,介绍了天线的基本知识,仿真软件的功能等。在此基础上,又以圆极化贴片天线和手机天线为例,展示了天线的仿真流程帮助学生更好地熟悉仿真软件使用方式。

本课程主要分为3个部分。
第一部分是天线的基本知识和概念。在这一部分我们将 ..

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