雙波段毫米波天線的仿真

5G天線仿真

對移動(dòng)通信的高速需求正在迅速增長。由于智能手持設(shè)備的出現(xiàn)，移動(dòng)數(shù)據(jù)量多年來呈爆炸式增長，這些設(shè)備支持多媒體和交互式游戲等寬帶無線應(yīng)用。為了滿足這些需求，第五代（5G）天線的研發(fā)已經(jīng)在進(jìn)行中。本文介紹了HFWorks中的工作流程和仿真功能，使天線工程師能夠設(shè)想和設(shè)計(jì)第五代移動(dòng)天線。本文介紹了雙波段毫米波天線的仿真。

Solidworks 5G天線模型

圖 1 -用于 5G 應(yīng)用的雙頻天線 3D 模型

圖 1 顯示了由方形貼片組成的天線，該貼片包括靠近貼片邊緣的 L 形槽。這種布置增加了電容和電感效應(yīng)，從而產(chǎn)生了兩個(gè)不同且理想的諧振毫米波頻率：28 GHz 和 38 GHz。天線使用 RT/Duroid 進(jìn)行仿真，相對介電常數(shù)為 2.2，介電損耗角正切為 0.0009。該結(jié)構(gòu)用 0.2 毫米寬的微帶饋線激發(fā)，以獲得 100 歐姆的阻抗?？梢允褂肁TLASS計(jì)算本示例中的結(jié)構(gòu)的電氣參數(shù)［1］。天線的幾何參數(shù)（L1、L2、t1、t2、t3、t4、t5、Lf、Wf 和 Df）在文件中定義，并作為方程式導(dǎo)入 SolidWorks 以促進(jìn)參數(shù)化工作流程。圖 2 顯示了天線的主要尺寸。

圖2 毫米波貼片天線主要幾何參數(shù)示意圖（俯視圖和側(cè)視圖）

5G天線的S參數(shù)

圖 3 顯示了使用 HFWorks 仿真的貼片天線的 S 參數(shù)結(jié)果和測量結(jié)果 ［2］。諧振頻率分別為 27.375GHz，反射系數(shù)為 -29.87dB 和 37.125GHz，反射系數(shù)為 -16.39dB。

圖 3-a

圖3-b

圖 3 -毫米波天線的回波損耗 （a） 測量結(jié)果，（b） 使用 HFWorks 的模擬結(jié)果

5G天線增益

遠(yuǎn)場模擬顯示了模型周圍遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)的場分布。圖 4 （a） 顯示了在 27.375 GHz 的第一諧振頻率下 3D 格式的增益模式，圖 4 （b） 顯示了 2D 格式的相同增益模式。

圖 4-a

圖 4-b

圖 4 - （a） 27.375GHz 時(shí)增益模式的 3D 圖，（b） 27.375GHz 時(shí)增益模式的 2D 圖

結(jié)論

在本文中，使用 HFWorks 模擬了用于 5G 應(yīng)用的毫米波天線，并與測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較 ［2］。發(fā)現(xiàn)諧振頻率為 27.375GHz 和 37.125GHz。各種圖表顯示了 HFWorks 獲得的測量結(jié)果和模擬結(jié)果之間的良好一致性。