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Substrato IC

Substrato IC - Spiegazione dettagliata della tecnologia di simulazione phased array per soluzioni di simulazione 5G

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Substrato IC - Spiegazione dettagliata della tecnologia di simulazione phased array per soluzioni di simulazione 5G

Spiegazione dettagliata della tecnologia di simulazione phased array per soluzioni di simulazione 5G

2021-09-14
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Author:Frank

Le antenne sono una parte importante dei sistemi di comunicazione mobile. Con lo sviluppo della tecnologia di comunicazione mobile, le forme di antenna stanno diventando sempre più diversificate e la tecnologia sta diventando sempre più complessa. Entrando nell'era 5G, il massiccio MIMO e il beamforming sono diventate tecnologie chiave, che promuovono l'evoluzione delle antenne nella direzione dell'attivazione e della complessità. I metodi di progettazione dell'antenna devono anche stare al passo con i tempi, adottare metodi di simulazione avanzati per rispondere a requisiti di progettazione complessi e soddisfare i requisiti di prestazioni sempre crescenti delle antenne nell'era 5G.5G e array phasedL'era 5G sarà estremamente ricca di applicazioni. Le reti 5G devono adattarsi a scenari come grande larghezza di banda, alta affidabilità, bassa latenza e connessioni di grandi dimensioni. Ciò richiede antenne 5G per supportare più canali, regolazione flessibile del fascio in tempo reale e supporto delle comunicazioni ad alta frequenza., La sua direzione di evoluzione chiave è la massiccia antenna attiva MIMO. Rispetto al MIMO tradizionale, il MIMO massiccio può migliorare efficacemente le prestazioni del core basato sulla tecnologia phased array.

Il cosiddetto array phased si riferisce a un tipo di antenna array che cambia la direzione del fascio del modello direzionale controllando la fase di alimentazione dell'elemento radiante nell'antenna array.

scheda pcb

Lo scopo principale dell'array phased è quello di realizzare la scansione spaziale del fascio array, la cosiddetta scansione elettrica. L'array phased è stato utilizzato principalmente nell'esercito nei primi giorni radar array phased. Grazie alla sua velocità di scansione veloce e alla forte capacità multi-task, il radar phased array è stato ampiamente utilizzato nel campo dei radar militari ed è diventato uno dei simboli della forza militare.

Inoltre, la tecnologia phased array è ampiamente utilizzata anche in campi civili come le previsioni meteorologiche.

L'immagine contiene cielo, all'aperto, la descrizione dell'edificio è stata generata automaticamente L'immagine contiene edificio, cielo, all'aperto, la descrizione della cupola è stata generata automaticamente

L'immagine viene da Internet. L'immagine di sinistra è un radar strategico di allarme precoce, l'immagine di destra è un radar meteorologico

Guardando indietro alla storia dello sviluppo delle comunicazioni mobili, si può anche vedere dalla tendenza evolutiva delle antenne delle stazioni base che la tecnologia array phased è una scelta inevitabile per migliorare la capacità del sistema e l'utilizzo dello spettro, ridurre le interferenze e migliorare la copertura nell'era 5G:

Prima di tutto, dalle antenne passive ai sistemi di antenna attiva, questo significa che le antenne possono essere intelligenti, miniaturizzate (co-progettate) e personalizzate. In futuro, la rete diventerà sempre più dettagliata e sarà necessario personalizzare il design in base alle scene circostanti. Ad esempio, la distribuzione delle stazioni nelle aree urbane sarà più raffinata, piuttosto che semplice copertura. La comunicazione 5G utilizzerà bande ad alta frequenza e gli ostacoli avranno un grande impatto sulla comunicazione. Le antenne personalizzate possono fornire una migliore qualità della rete.

In secondo luogo, la sistematizzazione e la complessità della progettazione dell'antenna, quali gli array del fascio (per ottenere il multiplexing della divisione dello spazio), i fasci multipli e le bande multiple / ad alta frequenza. Tutti questi presentano requisiti elevati per l'antenna, che coinvolgeranno l'intero sistema e problemi di compatibilità. In questo caso, la tecnologia dell'antenna ha superato il concetto di componenti e gradualmente è entrata nella progettazione del sistema.

Progettazione phased Array Simulation La progettazione di phased array può essere divisa in due parti: array antenna e rete beamforming. Progettazione dell'array dell'antenna Il design dell'array dell'antenna deve determinare la forma e le caratteristiche del modello dell'elemento radiante, la disposizione dell'array e la sua forma di alimentazione, ecc. Il design dell'array determina direttamente le caratteristiche di radiazione dell'array phased, come il guadagno dell'antenna, la larghezza del lobo e la gamma massima di scansione E così via, è uno dei punti chiave della progettazione dell'array phased.1. Progettazione e ottimizzazione dell'unità radiante Poiché l'antenna phased array ha caratteristiche di scansione del fascio, la selezione della sua unità radiante ha determinati requisiti e restrizioni. Ci sono due tipi di antenne che sono generalmente adatti come elementi radianti phased array:

Antenne ad apertura, quali la guida d'onda aperta, l'antenna slot della guida d'onda, l'antenna patch microstrip, ecc.; Evoluzione monopolare o dipolo simmetrico, come vibratore simmetrico stampato, antenna slot conica, ecc. Nell'era 5G, al fine di ottenere una maggiore capacità del canale, è stato introdotto un gran numero di nuove risorse di spettro, che ha requisiti più elevati per le caratteristiche a banda larga dell'unità radiante. Oltre all'aggiunta di una nuova banda di frequenza nella banda di frequenza Sub 6GHz, è stata aggiunta anche una banda di frequenza d'onda millimetrica ad alta frequenza, che ha requisiti più rigorosi sulla forma e la tecnologia di elaborazione dell'unità radiante. Inoltre, sotto la tendenza dell'integrazione, la miniaturizzazione e il peso leggero sono diventati i requisiti di base della progettazione dell'antenna. In sintesi, la forma dell'elemento radiante è principalmente patch microstrip e dipolo a mezza onda, e il processo è principalmente sotto forma di PCB e vibratore di plastica. Per la progettazione di simulazione dell'unità radiante, è particolarmente importante risolvere con precisione le prestazioni nella banda di frequenza di lavoro. I materiali complessi e le caratteristiche geometriche dell'unità radiante dell'antenna 5G, così come le caratteristiche delle bande ultra-wideband e multi-frequenza, hanno portato grandi sfide alla progettazione di simulazione dell'unità radiante.

L'esclusiva tecnologia di meshing adattivo automatico (Adaptive Meshing) in ANSYS HFSS, combinata con la tecnologia di meshing a banda larga (BAM), può ottenere in modo efficiente e preciso la mesh nell'intera banda di frequenza, ottenendo così una risposta accurata nell'intera banda di frequenza.

È molto importante trovare rapidamente la progettazione ottimale dell'elemento radiante durante il processo di progettazione della simulazione.

ANSYS HFSS è in grado di eseguire la sintonizzazione rapida derivata e l'analisi della sensibilità basata sul modello parametrizzato.

Trovare rapidamente il valore corretto della variabile, capire meglio come la variabile influisce sulle prestazioni e abbreviare i tempi di sviluppo; Chiarire le categorie di parametri più influenti e concentrarsi su parametri di progettazione altamente sensibili per rendere il design robusto. Dopo l'analisi dei derivati, sulla base dei risultati di tuning, le variabili chiave possono essere schermate e l'unità radiante può essere automaticamente ottimizzata in HFSS per ottenere i parametri S ottimali, il modello dell'antenna, la distribuzione del campo elettromagnetico e altri indicatori di risultato.

La rapida ottimizzazione dello stato di ampio spazio parametrico e di spazio multiparametrico è sempre stata una grande sfida per i progettisti. Il metodo di analisi DoE (esperimento numerico) è una tecnologia avanzata per risolvere questo tipo di problemi. Lo strumento DoE DesignXplorer in HFSS può aiutare ad accelerare il processo di ottimizzazione della progettazione degli elementi array. Prima dell'ottimizzazione, lo spazio di progettazione dovrebbe essere completamente esplorato e ottimizzato per ridurre il numero di simulazioni. Determinare rapidamente la fattibilità del progetto.

Inoltre, l'ultima modalità veloce di HFSS può fornire risultati veloci di simulazione delle tendenze progettuali per le prime fasi del ciclo di progettazione del prodotto senza ridurre significativamente l'accuratezza della soluzione. Poiché il progetto si sta avvicinando al completamento, la funzione di quasi precisione HFSS viene utilizzata per la verifica di alta precisione attraverso semplici impostazioni di scorrimento.

2. Analisi rapida dell'array metodo degli elementi Selezione phased dell'unità array e ottimizzazione della progettazione sono aspetti chiave della progettazione phased array. Questo processo prevede la selezione e l'ottimizzazione di molti schemi e parametri. Pertanto, l'analisi rapida e la relativa analisi di ottimizzazione sono particolarmente importanti. Ad esempio, la spaziatura delle unità phased array è uno dei parametri importanti che influenzano le caratteristiche di radiazione dell'antenna phased array.

Se la distanza tra le unità è troppo piccola, l'effetto di accoppiamento reciproco tra le unità aumenterà, il che non favorisce la configurazione accurata dell'ampiezza di alimentazione e della fase degli elementi phased array, in modo che parte dell'energia sarà immagazzinata nell'area di campo vicino della parte anteriore e non possa essere efficacemente irradiata; Inoltre, le unità Anche il modello nell'array sarà distorto, e la scansione di punti ciechi apparirà quando l'antenna array viene scansionata ad un ampio angolo.

Quando la distanza dell'unità è troppo grande, nello spazio fisicamente visibile dell'antenna phase-scan appariranno lobi dannosi della griglia. Poiché il livello del lobo della griglia è equivalente al livello del lobo principale, l'energia del fascio dell'antenna phased array nella direzione principale della radiazione sarà notevolmente ridotta.

Pertanto, la progettazione e l'ottimizzazione della disposizione dell'array sono particolarmente critici. Durante la progettazione del fronte, gli ingegneri hanno bisogno di un metodo di simulazione in grado di ottimizzare rapidamente iterativamente ripetutamente per ottenere la spaziatura delle celle appropriata.

Il metodo degli elementi in ANSYS HFSS può aiutare gli ingegneri a valutare rapidamente la spaziatura degli elementi e le prestazioni degli elementi nell'array nella fase iniziale della progettazione dell'array dell'antenna.