t天線
關(guān)注創(chuàng)建者：上海安世亞太 創(chuàng)建時間：2021-10-13
t天線的實(shí)例教程
從 5G 基站的需求看來，他們要求器件能支持更多的頻段，同時還能做到小型化，這在毫米波時代需要 128T 甚至 256T 的天線陣列的前提下，更是必須的；此外，硬件成本也是限制 5G 基站發(fā)展的一個重要因素；最后，功耗也是運(yùn)營商需要考量的一個關(guān)鍵。
從天線角度看，如圖所示，天線陣列應(yīng)該采用鍺化硅工藝制造。但采用這種工藝設(shè)計(jì)的天線，輸出功率大不了。因?yàn)橐坏┕β蔬^高，器件的效率就達(dá)不到。這就意味著在同樣的 EIRP 的情況下，所需的天線路數(shù)更多。來到砷化鎵方面，功率則可以做到相對高一點(diǎn)。氮化鎵則可以做到更高。
現(xiàn)在清楚為什么是未來行業(yè)的重點(diǎn)了吧，以上內(nèi)容摘錄自Qorvo 基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)部高級銷售經(jīng)理Kevin He 的《基于5G 基站的毫米波技術(shù)和解決方案》。想了解更多內(nèi)容，請點(diǎn)擊
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展開 首先在數(shù)字域中利用預(yù)失真器對輸入信號 u(n)進(jìn)行預(yù)處理；然后將預(yù)處理后的信號x(n)經(jīng)過上變頻通道（包括數(shù)模轉(zhuǎn)換、濾波、正交上變頻調(diào)制）后送入射頻功放；最后經(jīng)功率放大后的射頻信號s(t)由天線發(fā)射出去。若預(yù)失真器與功放的非線性特性相逆，則功放輸出信號為線性放大的射頻信號。為了設(shè)計(jì)與功放非線性特性相逆的預(yù)失真器，需要將功放輸出信號s(t)經(jīng)耦合衰減后反饋回來，反饋信號經(jīng)過下變頻通道（包括正交下變頻解調(diào)、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換）后得到含有失真信息的基帶信號y(n)，然后利用輸出信號和反饋信號就可設(shè)計(jì)出相應(yīng)的預(yù)失真器。
業(yè)界領(lǐng)先的射頻前端模組（FEM）供應(yīng)商Qorvo認(rèn)為，用于Wi-Fi接入點(diǎn)的非線性FEM技術(shù)是正確實(shí)現(xiàn)三頻段Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7設(shè)計(jì)的關(guān)鍵；原因在于，新的非線性方法提高了功率放大器（PA）的效率，降低了功耗。Qorvo表示，這將帶來一系列優(yōu)勢；其新型非線性FEM元件也已準(zhǔn)備就緒，將于2024年批量投放市場。
在此之前，線性放大一直是包括Wi-Fi前端模組（FEM）在內(nèi)射頻（RF）設(shè)計(jì)所追求的“圣杯”，即在RF信號到達(dá)Wi-Fi天線之前用于放大發(fā)射和接收RF信號（且失真最小）的集成電路。
目前FEM的設(shè)計(jì)和應(yīng)用方法正在整個行業(yè)發(fā)生轉(zhuǎn)變，與線性放大器相比，非線性FEM所需的電流更小，功耗可降低20-25%。采用了DPD（數(shù)字預(yù)失真）技術(shù)，為避免固有失真造成的信號衰減。而最先進(jìn)的Wi-Fi芯片組采用查表方法為非線性FEM提供預(yù)失真參數(shù)。通過這種方式，F(xiàn)EM可獲得快速校準(zhǔn)，而且該方案也幾乎不需要消耗任何處理器功耗。
Wi-Fi FEM技術(shù)路線發(fā)生了轉(zhuǎn)變，從線性開始切換到非線性。Wi-Fi FEM公司的路也發(fā)生了改變，卷完線性，又要開始卷非線性。
展開 典型智能手機(jī)的虛擬樣機(jī)的內(nèi)部細(xì)節(jié)
為了增強(qiáng)覆蓋范圍并提供可靠的無線通信，智能手機(jī)通常采用空間分集方案 spatial diversity scheme，在手機(jī)的不同邊緣/角落放置多個天線。為了利用空間分集方案，5G智能手機(jī)通常有一組在物理上彼此分離的天線。圖3展示了一個典型智能手機(jī)的虛擬樣機(jī)的內(nèi)部細(xì)節(jié)。
Sub-6 GHz集成天線設(shè)計(jì)
Ansys HFSS為LTE，4G，GSM和GPS服務(wù)提供sub-6 GHz集成天線的系統(tǒng)工作流程。三種類型的天線被設(shè)計(jì)為在GSM900，Wi-Fi，LTE2100，2300，GPS，GSM1800和LTE2500頻段上運(yùn)作。
圖4. 最終天線設(shè)計(jì)的回波損耗曲線
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，我們?yōu)槊總€天線建立了一個初始的3D模型。選擇了三種天線類型:平面倒F天線(PIFA)、T形單極子天線和3D葉片單極子天線。每個天線都在HFSS中獨(dú)立分析、調(diào)諧并集成到手機(jī)中。然后仿真模擬整個裝配。正如預(yù)期的那樣，將天線集成到手機(jī)模型中會影響它們的性能。
為了獲得所需的天線增益和輸入阻抗，對三種天線同時采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DoE)方法。根據(jù)結(jié)果，從對期望輸出影響最大的變量創(chuàng)建一個狹窄的搜索區(qū)間。調(diào)用優(yōu)化算法在區(qū)間中搜索并找到變量的最佳組合。圖4顯示了最終天線設(shè)計(jì)的回波損耗曲線。計(jì)算得到的反射系數(shù)和實(shí)現(xiàn)的增益在相應(yīng)的曲線圖中顯示出來。圖4和圖5顯示了不同頻率下實(shí)現(xiàn)的峰值增益值和輻射模式。
用于UE的集成毫米波陣列
采用類似的工作流程（如sub-6 Ghz天線所述）來設(shè)計(jì)集成毫米波陣列。該陣列的目標(biāo)頻段為26-28.5GHz。這些頻率屬于考慮用于5G的ka波段毫米波子波段（波段n257，n258，n260和n261)。毫米波陣列的每個元件是一個微帶貼片，帶有兩個探針饋電probe feeds。
展開 智能手機(jī)必須容納多個天線，以便能夠提供GPS，GSM和LTE服務(wù)。
圖3:典型智能手機(jī)的虛擬樣機(jī)的內(nèi)部細(xì)節(jié)
為了增強(qiáng)覆蓋范圍并提供可靠的無線通信，智能手機(jī)通常采用空間分集方案 spatial diversity scheme，在手機(jī)的不同邊緣/角落放置多個天線。為了利用空間分集方案，5G智能手機(jī)通常有一組在物理上彼此分離的天線。圖3展示了一個典型智能手機(jī)的虛擬樣機(jī)的內(nèi)部細(xì)節(jié)。
Sub-6 GHz集成天線設(shè)計(jì)
Ansys HFSS為LTE，4G，GSM和GPS服務(wù)提供sub-6 GHz集成天線的系統(tǒng)工作流程。三種類型的天線被設(shè)計(jì)為在GSM900，Wi-Fi，LTE2100，2300，GPS，GSM1800和LTE2500頻段上運(yùn)作。
圖4:最終天線設(shè)計(jì)的回波損耗曲線
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，我們?yōu)槊總€天線建立了一個初始的3D模型。選擇了三種天線類型:平面倒F天線(PIFA)、T形單極子天線和3D葉片單極子天線。每個天線都在HFSS中獨(dú)立分析、調(diào)諧并集成到手機(jī)中。然后仿真模擬整個裝配。正如預(yù)期的那樣，將天線集成到手機(jī)模型中會影響它們的性能。
為了獲得所需的天線增益和輸入阻抗，對三種天線同時采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DoE)方法。根據(jù)結(jié)果，從對期望輸出影響最大的變量創(chuàng)建一個狹窄的搜索區(qū)間。調(diào)用優(yōu)化算法在區(qū)間中搜索并找到變量的最佳組合。圖4顯示了最終天線設(shè)計(jì)的回波損耗曲線。計(jì)算得到的反射系數(shù)和實(shí)現(xiàn)的增益在相應(yīng)的曲線圖中顯示出來。圖4和圖5（下）顯示了不同頻率下實(shí)現(xiàn)的峰值增益值和輻射模式。
展開 在綜合測試方面（見圖7），可將2臺GPS天線按T型結(jié)構(gòu)安置，通過幾何關(guān)系得到船體的位置和姿態(tài)變化，從而評價多傳感器融合后的艦船位姿估計(jì)結(jié)果。
圖7 T型GPS天線［14］
Fig.7 T-structure GPS antenna［14］
3.2.2 基于視覺的引導(dǎo)降落技術(shù)
在地基視覺引導(dǎo)方面，采用部署多臺固定焦距相機(jī)［15］進(jìn)行接力測量、分區(qū)引導(dǎo)無人機(jī)降落過程是近年來的一種新思路。國防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院提出的系統(tǒng)方案如圖8所示，該系統(tǒng)視覺引導(dǎo)部分由6臺選定不同焦距和視場角的工業(yè)高速攝像機(jī)與服務(wù)器組成。6臺攝像機(jī)分為3組，分別部署在跑道兩側(cè)，按照遠(yuǎn)場、中場和近場測量需要進(jìn)行標(biāo)定調(diào)試。一般情況下，各相機(jī)的視場范圍需要有一定的交叉重疊，形成的整體視場范圍覆蓋全部著陸區(qū)域。這種解決方案設(shè)計(jì)思路簡單，多種焦距組合彌補(bǔ)了單個視覺系統(tǒng)視場角受限的不足，但該系統(tǒng)整體架構(gòu)復(fù)雜，戶外部署位置誤差對解算精度影響大，且視覺系統(tǒng)在標(biāo)定過程中步驟復(fù)雜，部署靈活性需進(jìn)一步增強(qiáng)。
圖8 多視角地基引導(dǎo)系統(tǒng)［15］
Fig.8 Multi-view ground-based guidance system［15］
為進(jìn)一步探索地基視覺系統(tǒng)的應(yīng)用，2012年國防科技大學(xué)智能科學(xué)學(xué)院首先提出了基于遠(yuǎn)紅外相機(jī)的短基線引導(dǎo)裝置［16］，該系統(tǒng)方案如圖9所示。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，利用紅外傳感器特性，該系統(tǒng)能夠識別MD4-200型四旋翼無人機(jī)，識別距離在100m左右，定位精度在20 cm，能夠滿足無人機(jī)的引導(dǎo)降落需求。但是，該方案由于受到紅外相機(jī)之間基線的限制，探測距離相對受限，不能滿足固定翼無人機(jī)的遠(yuǎn)距離引導(dǎo)降落需求。此外，由于遠(yuǎn)紅外傳感器的成像特性，在出現(xiàn)低空云層時，系統(tǒng)所采用的Meanshift方法魯棒性不強(qiáng)，容易出現(xiàn)跟蹤丟失情況，位置解算精度受到嚴(yán)重影響。
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t天線的最新內(nèi)容
首先在數(shù)字域中利用預(yù)失真器對輸入信號 u(n)進(jìn)行預(yù)處理；然后將預(yù)處理后的信號x(n)經(jīng)過上變頻通道（包括數(shù)模轉(zhuǎn)換、濾波、正交上變頻調(diào)制）后送入射頻功放；最后經(jīng)功率放大后的射頻信號s(t)由天線發(fā)射出去。若預(yù)失真器與功放的非線性特性相逆，則功放輸出信號為線性放大的射頻信號。
選擇了三種天線類型:平面倒F天線(PIFA)、T形單極子天線和3D葉片單極子天線。每個天線都在HFSS中獨(dú)立分析、調(diào)諧并集成到手機(jī)中。然后仿真模擬整個裝配。正如預(yù)期的那樣，將天線集成到手機(jī)模型中會影響它們的性能。
為了獲得所需的天線增益和輸入阻抗，對三種天線同時采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DoE)方法。根據(jù)結(jié)果，從對期望輸出影響最大的變量創(chuàng)建一個狹窄的搜索區(qū)間。
選擇了三種天線類型:平面倒F天線(PIFA)、T形單極子天線和3D葉片單極子天線。每個天線都在HFSS中獨(dú)立分析、調(diào)諧并集成到手機(jī)中。然后仿真模擬整個裝配。正如預(yù)期的那樣，將天線集成到手機(jī)模型中會影響它們的性能。
為了獲得所需的天線增益和輸入阻抗，對三種天線同時采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DoE)方法。根據(jù)結(jié)果，從對期望輸出影響最大的變量創(chuàng)建一個狹窄的搜索區(qū)間。調(diào)用優(yōu)化算法在區(qū)間中搜索并找到變量的最佳組合。
從 5G 基站的需求看來，他們要求器件能支持更多的頻段，同時還能做到小型化，這在毫米波時代需要 128T 甚至 256T 的天線陣列的前提下，更是必須的；此外，硬件成本也是限制 5G 基站發(fā)展的一個重要因素；最后，功耗也是運(yùn)營商需要考量的一個關(guān)鍵。
從天線角度看，如圖所示，天線陣列應(yīng)該采用鍺化硅工藝制造。但采用這種工藝設(shè)計(jì)的天線，輸出功率大不了。
在綜合測試方面（見圖7），可將2臺GPS天線按T型結(jié)構(gòu)安置，通過幾何關(guān)系得到船體的位置和姿態(tài)變化，從而評價多傳感器融合后的艦船位姿估計(jì)結(jié)果。
在綜合測試方面（見圖7），可將2臺GPS天線按T型結(jié)構(gòu)安置，通過幾何關(guān)系得到船體的位置和姿態(tài)變化，從而評價多傳感器融合后的艦船位姿估計(jì)結(jié)果。
