如何为5G网络和应用设计天线阵列

• 获得-信号最强的方向。
• 波束转向-将信号转向某个方向的能力。
• 回波损耗-从天线反射到信号源的能量量。
• 旁瓣电平-信号发送的不需要的方向。

在设计过程的最后，工程师将拥有一个具有升压、聚焦增益和最小回波损失和旁瓣水平的可操纵天线阵列。

步骤1:使用HFSS天线工具包找到天线单元模板

第一步是创建天线阵列5 g应用程序就是使用HFSS天线工具包制作天线单元模板。这个天线单元将定义一个单独的部分，最终将被复制成一个天线阵列——因此是天线阵列。

HFSS天线工具包为工程师的阵列设计提供了天线单元。

工程师需要从工具包库中选择天线系列。然后，他们需要输入天线基片的工作频率和特性。

几分钟后，工具箱将向工程师提供天线单元的初始几何形状。HFSS还将计算天线单元的增益和回波损失。

步骤2:将天线单元放入天线阵列中

在本例中，模拟了一个16 × 16的方形天线阵列。

步骤3:使用域分解方法设计有限天线阵列

工程师需要更多的理想模型来设计5G天线阵列。因此，下一步是建立一个模拟，更好地描述天线单元之间以及阵列边缘之间的相互作用。

将单个天线单元的网格与相邻天线单元的网格缝合在一起
阵列几何结构内的天线单元。

本文采用区域分解方法(DDM)进行仿真。DDM复制单个元素的网格，并将其应用于第二步中定义的几何图形。每个网格的边界与相邻网格缝合在一起，因此工程师可以评估附近天线阵列单元的耦合。

对于那些能够访问高性能计算(HPC)的人来说，DDM能够分配每个天线单元网格的计算负载，因此它们可以使用多个核心并行求解。

一旦网格创建，HFSS可用于评估和优化天线的增益、回波损失、旁瓣和波束转向，比步骤2更准确。

步骤4:计算有限天线阵列的波束角

如果工程师不能控制信号的去向，天线就没什么用处了。这些工程师可以使用HFSS的有限阵列波束角度计算器，根据信号频率和扫描/相位角，确定将波束转向特定方向所需的相移。这些角度将用于在球坐标中定位数组。

有限阵列波束角计算器

计算器根据第三步中创建的网格，确定阵列中天线和波束的特定扫描角度之间的关系。

步骤5:设计天线阵列的电路

步骤6:将所有天线阵列模型连接到一个仿真中

现在，工程师们能够将有限元模型(在第三步中创建)与光束角度计算(在第四步中)和电源馈电网络(在第五步中)联系起来。

还添加了移相器来控制信号。移相器是从基于第四步中计算的相位角的组件库中选择的。

接下来，工程师可以执行线性网络分析(LNA)来评估这个接近完成的模拟的回报损失。

第七步:将天线阵列激励推至HFSS

工程师现在需要将LNA的激励结果推入HFSS。换句话说，来自馈电网络的损失失配作为幅度和相位值传递给HFSS。然后将结果绘制为系统增益。

天线阵列系统增益的真实表示

这个增益是天线在各个方向性能的更真实的反映。

步骤8:在环境中测试5G天线

最后一步是在其环境的背景下评估天线设计的性能。

系统级仿真测试天线的发送和传输能力
接收城市街区内的信号。

为了做到这一点，他们必须使用HFSS射击和反射射线(SBR)技术进行系统级研究。这项研究测试了天线在大环境中(如城市街区)发送和接收信号的能力。

如欲了解更多，请下载白皮书，如何为5G无线网络设计基站(或微基站)天线阵列．