毫米波主動天線陣列設計與模擬

5G是目前通訊產業最關注的議題,將有望帶動相關市場發展。因應5G終端應用裝置的開發與布建,5G採用了過去行動通訊領域較少碰觸的毫米波(mmWave)頻段,基地台訊號發射功率也比以往更大,引發許多實作技術挑戰,其中毫米波波束成形和陣列天線技術成為最大門檻。

就模擬的層面來看,最主要必須考慮到複雜的電磁環境和多物理場協同設計,更多的挑戰在於這個5G天線加上終端產品,再加上其他天線後,整體設計的難度。5G毫米波陣列天線有個問題是多波束掃描,有大量的掃描角度;這也是為什麼5G終端的計算效率要求很高,功耗也很高。在設計這種具有大量掃描角度的複雜天線陣的時候,如果能夠藉由軟體幫助設計人員輕鬆建立這些天線單元模型,輕鬆的設定激勵信號的振幅(amplitude)和相位(phase),並輕鬆掃描大量的激勵排列組合,那麼5G天線的設計將會事半功倍,效率很高。

電磁模擬軟體CST STUDIO SUITE中,具有設計天線矩陣的功能,包括天線的單元設計、相控陣的生成、激勵信號的自動參數化掃描,皆可輕鬆勝任;另外Antenna Magus模組也提供天線與陣列合成,在快速設計同時,也有效地幫助實現性能評估;本影片案例介紹了模擬分析解決方案,有助於瞭解如何解決整體設計的難度。