3D打印的MIMO天線可增強5G網(wǎng)絡信號強度

（文章來源：中關村在線）

英國研究人員正在利用3D打印為5G通信網(wǎng)絡制造天線，這種低成本的多輸入多輸出（MIMO）天線將改善5G網(wǎng)絡性能。使用3D打印制造的MIMO能夠在多個方向上傳送光束，無需使用移相器即可提供連續(xù)的實時覆蓋范圍。此外，它們可以在28 GHz 5G頻段上運行，實現(xiàn)4 GHz的寬帶寬性能。

由于使用了3D打印技術，這種天線為實現(xiàn)5G和毫米波應用提供了低成本的選擇。此外3D打印還簡化了復雜的設計從而可以改變天線波束的方向，并增加其指向性。

研究人員首先概述了目前在大多數(shù)國家/地區(qū)正在實施的即將到來的5G標準化。5G無線技術是對當前技術的重大改進，有望將整體系統(tǒng)容量提高數(shù)百倍，并以更高的頻譜和能源效率提高整體系統(tǒng)吞吐量，同時將系統(tǒng)延遲降至最低。5G將在具有以下毫米波（mm-wave）頻段的國家/地區(qū)引入：24 GHz至29.5 GHz，37 GHz至42.5 GHz，47.2 GHz至48.2 GHz和64至71 GHz。

作者繼續(xù)說明了3D打印如何成為設計天線的有效制造工藝，并已被用于生產(chǎn)從微波到T級赫茲頻率的不同頻段的各種應用的天線。研究人員解釋說：“使用3D打印提供天線解決方案具有許多優(yōu)勢，能夠以低成本實現(xiàn)復雜的形狀?！?/p>

實際上，歐洲航天局（ESA）已經(jīng)在PROBA-3太空任務中實現(xiàn)了3D打印天線。該天線由西班牙工程技術集團SENER和高級航空技術中心（CATEC）3D打印。此外，特拉華大學（UDEL）的研究人員還使用XJet Carmel 1400系統(tǒng)，使用3D打印技術開發(fā)新型5G天線?？偛课挥趤喞Ｄ侵莸睦走_和天線制造商Lunewave是一家初創(chuàng)公司，其專有技術完全專注于3D打印天線；該公司在2018年的種子輪融資中籌集了500萬美元。

研究人員稱，3D打印天線的過程可以分為兩個階段。與化學電鍍相比，使用低成本的金屬化技術更為有效，因為這有助于降低3D打印天線的成本，這是首先使用增材制造的主要好處。

MIMO天線系統(tǒng)使用多個天線，這有助于增加系統(tǒng)鏈路容量。然而，通過傳統(tǒng)的制造過程生產(chǎn)MIMO系統(tǒng)需要高成本的模具材料。因此，研究人員建議3D打印MIMO天線，以降低生產(chǎn)天線的費用，同時還使系統(tǒng)效率更高并使天線可操縱。

作者解釋說：“我們?yōu)?G毫米波基站應用提出了一種創(chuàng)新的低成本MIMO天線——使用3D打印技術制造；與傳統(tǒng)天線相比，它提供了創(chuàng)新性的以整體低成本交付復雜的天線設計 。3D打印MIMO天線緊湊、低成本、高效、高增益，并且使用新穎的技術而不使用相控陣技術即可提供波束切換能力。”

為該研究而開發(fā)的MIMO天線原型包括2×2系統(tǒng)和4×3 MIMO系統(tǒng)。除了價格合理，效率高外，這些原型還具有通過3D打印實現(xiàn)的光束切換功能。每個MIMO天線都由兩個主要部分組成：饋電結(jié)構(gòu)和輻射結(jié)構(gòu)。饋電結(jié)構(gòu)設計成將電磁能耦合到輻射結(jié)構(gòu)的表面，該表面是系統(tǒng)的3D打印部分，由一個被矩形空腔和兩個波紋包圍的中央槽組成。使用Objet30 3D打印機對輻射結(jié)構(gòu)進行3D打印，然后使用噴射金屬（JMT）噴涂金屬化工藝將其金屬化。這涉及在3D打印的結(jié)構(gòu)上涂一層薄的銀，厚度為2.5μm。

4 x 3 MIMO中存在的波束控制機制由天線側(cè)面的3D打印金屬化壁組成。取決于壁的高度，金屬化的壁有助于將波束轉(zhuǎn)向所需的方向，同時還可以提高天線的增益。這是由于壁高內(nèi)的增量增加而引起的，而增量又使增益上升到飽和點。在研究結(jié)束時，作者寫道：“最后，對所建議的MIMO天線的性能進行了測量，并發(fā)現(xiàn)其可以通過數(shù)值模擬工具進行預測。”
（責任編輯：fqj）