利用Ansys HFSS优化5G天线设计，解决大型通信挑战万博

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天线技术的发展

天线技术已经实现了从4G到5G的巨大飞跃，以适应提供更大带宽的高频应用。在4G网络中，传统的天线接收来自各个方向的能量，并没有特别的区分能力。例如，现有4G手机上的许多天线都是全向的。4G天线的工作频率较低(6ghz)，可以绕射或弯曲物体，很容易被拾取。

通过使用波束形成方法(将两个或多个这样的天线放在一起形成一个阵列，并以这样一种方式调整信号，使它们一致)，可以引导入射能量并将其向特定方向发射。除了波束成形，5G还使用一种称为多入多出(MIMO)的专用信号处理方法，该方法利用天线阵列来最大限度地提高带宽和特定附近的用户数量。波束形成和MIMO技术都被用于最大化蜂窝网络的规模和性能。

5G在4G频率上运行，但频率也比4G高。它使用毫米波(mmWave)频段的频谱，支持更快的数据速率，但更容易被障碍物阻挡。因此，5G使用相控阵天线波束形成来指导基站和手机之间的通信。使用相控阵天线创造了新的机会和挑战，以激发作为阵列一部分的单个天线元件。

构建5G天线阵列的基本挑战之一是其更高的频率。频率越高，波长越短，波长越短，单个天线或天线元件越小。构成5G相控阵天线的天线元件非常小，但它们占整个阵列设计的很大一部分。

在手机等手持设备中，也存在热和机械方面的挑战。随着5G设备在使用过程中升温，功率和热量会影响无线电电路。任何尺寸的变化，无论是由设计引起的还是由特定设备发出的热量引起的，都可能改变这些元件的谐振频率，从而降低性能。

利用HFSS优化5G天线设计

使用万博Ansys基于，工程师可以设计相控天线阵列并优化天线特性，以进行端到端信道建模，以及各个元件之间的通信和耦合。例如，HFSS 3D比较阵列技术借助复杂的求解器技术，帮助工程师突破5G毫米波天线设计的复杂性。它是一款多用途、全波3D电磁(EM)仿真软件，用于设计和模拟高频电子产品——从天线和天线阵列到射频(RF)或微波组件、高速互连、滤波器、连接器、集成电路(IC)封装和印刷电路板。

复杂的5G系统需要协作

手机设计是基于多个工程师的输入。使用HFSS支持在这些设备上下文中解决天线阵列功能所需的更具协作性的工作流程。考虑一下5G手机与手机信号塔通信的情况。通过连续的信号处理，它不断调整自己，向塔发送能量。需要考虑能量，以及信号处理。由于5G也应用MIMO，因此需要对多种信号路径进行更多控制。传统上，不同的团队被分配来解决天线设计、信号处理和工业设计中的这些问题。这种情况通常会导致孤立的团队努力满足最后期限，并跟踪和维护认证文档。HFSS有助于在工程团队之间跟踪和共享准确的组件设计数据，从而在工作流程中实现更高效的协作。

手机中嵌入了多个不超过一角硬币大小的天线，这些天线集成在微小的模块中，包括无线电和相控阵天线，以及一些模拟信号处理硬件。所有这些都聚集在一起形成一个单一的集成电路封装来管理这些电路路径。由于一台设备上有如此多的天线，确定天线的放置位置变得非常重要。你的设备不仅提供5G，还提供不同频段和不同天线的4G，以及相互耦合的Wi-Fi和蓝牙。为了解决这些复杂性，需要团队之间的模型共享和设计协作，以成功地模拟和设计高频网络中的单个组件。