5G天線設計的案例
5G終端天線設計，到底有多難？
移遠通信天線產品
移遠通信認為，終端廠商選擇多個供應商，采購組件，然后集成到一臺設備中的傳統方式，已經無法滿足5G終端的天線設計需求。
無線模組和天線由一家能同時提供應用方案的供應商進行整合設計，將是5G時代終端天線設計的主流趨勢。
無線模組、天線分開設計和采購，就好像是一輛汽車升級時只換發動機，或者只換車架、輪胎，缺乏整體上的考慮，性能提升始終有限。
而整合設計的方式，是站在更高的視角，進行全局考慮。無線模組和天線之間能達到更好的協同，發揮最佳性能。
例如5G天線的調諧能力，在整合設計的前提下，表現肯定優于分開設計。
除了達成5G的指標要求之外，整合設計也有利于減小5G終端的整體尺寸，減少對空間的占用。對于系統功耗和散熱控制來說，整合設計也有明顯優勢。
系統級整合方案還有一個顯著的優點，就是降低5G終端的設計難度，方便廠商們以更快的速度推出產品，搶占市場。
5G模組+天線集成化設計方案
移遠通信的“無線模組+天線”整合設計方案，既充分利用了自身在模組領域領先的技術實力和經驗，又發揮了全定制天線設計、集成和制造能力，可以說是如虎添翼，讓5G客戶實現拿來即用，減少其在5G技術上的研發投入，縮短開發周期，助力產品快速上市。
移遠通信擁有專業的天線團隊，天線服務貫穿咨詢與評估、設計、測試和認證、生產制造等各個環節，可以提供一站式服務。
展開 如何用Ansys HFSS搞定5G陣列天線設計（一）
5G——第五代無線通信技術，作為全球性的暴熱話題已經是不爭的事實。如眾多專家所述，該技術將帶來更低時延、更快速率的數據通信，并將導致互聯設備的爆發式增長。
5G網絡的更大帶寬需求，要求必須徹底重新設計天線陣列，從單元到陣列，到饋電網絡，到全模型驗證和應用場景評估，都需要做完善的精細化仿真和優化設計。
利用Ansys HFSS，只需8個步驟，就能輕松完成5G天線陣列的設計和綜合驗證。此外，HFSS還能幫助工程師優化各項天線性能指標，如：
增益 — 最強的信號輻射方向。
波束控制 — 能夠將信號輻射控制在某個方向上。
回波損耗 — 從天線反射回來的回波能量。
旁瓣電平 — 不需要的信號輻射方向。
設計流程結束后，獲得的陣列天線聚焦增益更高、回波損耗及旁瓣電平最低，而且方向可控制。
第1步：通過Ansys HFSS天線工具箱（ATK）找到天線單元模板
5G天線陣列設計的第1步是通過HFSS天線工具箱（ATK）找到合適的天線單元模板。該天線單元將定義一個最終用于復制成一系列天線（天線陣列）中的相同部分。
先從天線工具箱（ATK）的庫中選擇一個天線類型，然后輸入工作頻率及天線基板屬性。
數秒后，天線工具箱（ATK）將生成天線單元的初始幾何結構。
展開 干貨 | 5G終端天線仿真設計方法及其應用
越來越輕薄的手機ID設計，增大的電池容量，以及全面屏潮流，這些因素都擠壓著天線所能獲得的空間。4×4 MIMO天線的引入，意味著2G、3G、4G、wifi和藍牙等各種天線需按照頻段做合理的共享、復用。那么，天線隔離度如何提高、相關性系數、共存問題如何計算？毫米波天線的引入，意味著需要研究毫米波的覆蓋問題（CDF），SAR認證時如何排除Beam ID的低值項等問題也亟待研究解決。
ANSYS HFSS軟件一直致力于高頻電磁場領域的研發和應用，憑借其全方面的底層求解器能力，得到了廣泛的應用和認可。在HFSS軟件中內置有MIMO、CDF等后處理腳本，在HFSS精確計算電磁場的基礎上，可以進一步方便用戶對5G通信問題進行快速計算研究。
本直播將介紹HFSS面對5G通信sub6G以及毫米波相關的仿真原理及流程，分享在5G終端天線分析中有關問題的解決方案。
主要內容綱要如下：
1. 天線本征模仿真
2. Sub 6G天線仿真設計
3. 毫米波天線設計仿真設計
報名方式
手機端請掃描二維碼報名
或者點擊報名：http://event.31huiyi.com/1728144772/index?c=jishulink
展開 干貨 | 5G終端天線仿真設計方法及其應用
4×4 MIMO天線的引入，意味著2G、3G、4G、wifi和藍牙等各種天線需按照頻段做合理的共享、復用。那么，天線隔離度如何提高、相關性系數、共存問題如何計算？毫米波天線的引入，意味著需要研究毫米波的覆蓋問題（CDF），SAR認證時如何排除Beam ID的低值項等問題也亟待研究解決。
ANSYS HFSS軟件一直致力于高頻電磁場領域的研發和應用，憑借其全方面的底層求解器能力，得到了廣泛的應用和認可。在HFSS軟件中內置有MIMO、CDF等后處理腳本，在HFSS精確計算電磁場的基礎上，可以進一步方便用戶對5G通信問題進行快速計算研究。
本直播將介紹HFSS面對5G通信sub6G以及毫米波相關的仿真原理及流程，分享在5G終端天線分析中有關問題的解決方案。
主要內容綱要如下：
1. 天線本征模仿真
2. Sub 6G天線仿真設計
3. 毫米波天線設計仿真設計
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展開 
Ansys助力Wistron推進研發5G手機天線
緯創集團采用Ansys仿真軟件對其5G手機天線應用進行自動化分析
緯創集團正在使用Ansys仿真解決方案，通過模塊制造商提供的HFSS加密模塊來優化天線的性能。借助Ansys仿真解決方案，緯創集團可以更可靠地調整模塊的位置和方向，從而實現正確的功率密度，并優化信號覆蓋范圍，以滿足FCC標準性能要求。
緯創垂直業務部副總裁Howard Liu表示：“Ansys HFSS不僅可以提供天線性能驗證所需的高保真度結果，而且還能夠顯著加速5G手機的設計周期。利用仿真替代傳統的測量工具，有助于我們以更高的效率生產5G手機，并增強客戶在市場中的競爭優勢。我們期待在未來能夠將Ansys產品應用擴展到更多的項目中。”
Ansys HFSS是一款用于設計和仿真高頻電子產品的三維電磁（EM）仿真軟件，它提供一種新穎的解決方案，有助于實現天線陣列的準確性預測和可靠性分析，從而滿足汽車雷達傳感器、衛星通信等眾多5G應用的需求。
Ansys產品高級副總裁Shane Emswiler指出：“隨著5G這個新興市場實現了越來越多的新發展，其技術的復雜性也在不斷增加，這也向緯創集團等OEM和ODM廠商提出了挑戰，他們需要完成眾多產品的測試驗證和認證工作。Ansys HFSS仿真套件可提供一系列綜合全面的求解器，有助于解決5G天線技術中的各種電磁問題，從而顯著加快產品上市進程，并滿足消費者的實時需求。”
展開 【11月29-30日 上海】ANSYS官方培訓—基于HFSS的天線設計（包含5G天線）高級培訓
基于HFSS的天線設計（包含5G天線）高級培訓
培訓背景
過去的幾十年中隨著移動通信技術的進步，天線作為系統中的關鍵部件得到了大力的發展與廣泛的應用。而隨著5G的即將來臨，天線再一次成為技術發展與應用的核心，并面臨著極大的創新挑戰和進步機遇。
大規模陣列天線作為5G天線的關鍵技術，設計和仿真難度仍然比較大。同時天線的布局問題在天線應用中也成為一個重要課題。隨著手機等電子設備的小型化和高性能要求，移動終端天線的設計面臨著越來越苛刻的要求。
HFSS作為天線設計的黃金工具，在業界一直廣受推崇。HFSS提供了高效高精度的電磁場算法，獨特的限大陣列求解技術和便捷的場路協同優化技術，可以快速高效的分析各類復雜天線問題。
本次培訓主要針對陣列天線設計，天線布局和移動終端天線設計的仿真方法和手段進行相關培訓，為提升相關科技工作者的技術水平，普及ANSYS軟件高級功能。因此，ANSYS公司特開辦“基于HFSS的天線設計（包含5G天線）高級培訓班”。
培訓合格者發放ANSYS技術培訓認證證書。
展開 Ansys助力Wistron推進研發5G手機天線
Ansys仿真解決方案可加速分析工作和產品上市進程，同時降低成本
主要亮點
Wistron采用Ansys軟件實現5G手機天線應用的自動化分析
Ansys HFSS不僅可以在天線性能驗證中提供高保真度結果，而且還能夠顯著縮短設計周期
智能手持設備制造商緯創集團（Wistron Corporation）采用Ansys 仿真軟件實現其5G蜂窩網絡天線功率密度的自動化分析并優化信號覆蓋范圍。相比其他成本更加高昂、低產量、且由測試儀器驅動的方案，Ansys HFSS能夠幫助緯創集團更快速地仿真和評估天線性能。得益于Ansys仿真軟件，緯創集團能夠顯著節省時間和成本。
盡管5G手機技術市場不斷發展，但由于所需的5G蜂窩網絡波束配置相當復雜，5G天線設計的測量和分析工作仍然頗具挑戰。如果使用傳統的測試儀器，要想確保設備的信號覆蓋范圍能夠滿足產品發布所需的特定FCC要求，可能需要花費數月的時間。緯創集團轉而采用Ansys仿真軟件來減少實時仿真，從而加快產品上市進程并降低成本。
緯創集團采用Ansys仿真軟件對其5G手機天線應用進行自動化分析
緯創集團正在使用Ansys仿真解決方案，通過模塊制造商提供的HFSS加密模塊來優化天線的性能。
展開 Ansys 幫助Flexium 5G毫米波天線模塊設計應用到先進的ADAS/AV技術領域
Ansys仿真驅動PCB制造商設計具有競爭力的5G毫米波天線模塊，支持衛星、無人駕駛和無線應用
主要亮點
Flexium利用Ansys技術對電磁、熱、結構以及PCB布局等性能進行分析，以提高設計的可靠性和耐用性
Ansys仿真可推進天線模塊設計，支持衛星小型化和相關的無線信號技術，這些技術對于先進的車輛感知至關重要
Flexium使用Ansys仿真解決方案探索設計思路，開發并測試用于高級駕駛輔助系統（ADAS）和自動駕駛汽車（AV）應用的高頻信號收發器天線模塊。在Ansys工具的支持下，印刷電路板（PCB）制造商的研發團隊還能夠以相對較低的成本測試其PCB板的耐用性和可靠性，并通過布局和材料實驗探索新的設計思路。
在Flexium的PCB布局中，有許多柔性印刷電路（FPC）負責關鍵連接，從而在ADAS和AV應用中實現5G通信。這些布局中的任何設計缺陷都可能對負責車輛感知的FPC傳輸特性產生負面影響。
為了應對這些挑戰，Flexium使用Ansys仿真軟件，通過有效的布局和材料變化，對其FPC設計進行電磁、熱和結構優化。此外，Ansys工具還可幫助Flexium設置PCB布局和材料的特定參數，然后創建參考庫，用于未來的毫米波設計驗證。
展開 Ansys白皮書：如何設計5G無線網絡的用戶設備天線系統
終端設備(UE)設計
終端設備涵蓋了廣泛的無線消費電子設備。典型的UE示例是智能手機，平板電腦，醫療設備和智能手表或任何物聯網設備。本文討論的UE是一款智能手機。除了上一代無線技術(4G LTE和更早的技術）外，5G手機還需要在新的毫米波和sub-6 GHz 的5G頻段運行。智能手機必須容納多個天線，以便能夠提供GPS，GSM和LTE服務。
圖3:典型智能手機的虛擬樣機的內部細節
為了增強覆蓋范圍并提供可靠的無線通信，智能手機通常采用空間分集方案 spatial diversity scheme，在手機的不同邊緣/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的虛擬樣機的內部細節。
Sub-6 GHz集成天線設計
Ansys HFSS為LTE，4G，GSM和GPS服務提供sub-6 GHz集成天線的系統工作流程。三種類型的天線被設計為在GSM900，Wi-Fi，LTE2100，2300，GPS，GSM1800和LTE2500頻段上運作。
圖4:最終天線設計的回波損耗曲線
根據經驗法則，我們為每個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中獨立分析、調諧并集成到手機中。然后仿真模擬整個裝配。正如預期的那樣，將天線集成到手機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驗設計(DoE)方法。
展開 如何用Ansys HFSS搞定5G陣列天線設計（二）
第3步：使用域分解方法設計有限大天線陣列
設計天線陣列需要的不是理想化模型，因此，下一步是構建真實仿真，以便更好地理解各天線單元相互作用以及與陣列邊緣相互作用的方式。
先該仿真方法采用域分解（DDM）方法完成。域分解方法將復制單個單元的網格并將其應用于第二步定義中的幾何結構。每個網格的邊界與相鄰網格重疊縫合，以評估臨近陣列單元的耦合情況。
采用高性能計算平臺和域分解方法，能將每個天線單元網格的計算負荷分配后采用多個處理器內核來并行求解，以此加快求解速度。
網格一旦創建，Ansys HFSS便可用于評估和優化天線增益、回波損耗、旁瓣電平和波束控制，精度比第2步中的方法更具優勢。
第4步：計算有限大天線陣列的波束角
如果信號的傳輸方向無法控制，5G天線將毫無意義。這里，可使用HFSS的“有限陣列波束角計算器”，根據信號頻率和掃描/相位角度計算讓波束指向特定方向所需的相移。
展開 Ansys白皮書——如何設計5G無線網絡的用戶設備天線系統
總結
本文描述了5G的潛力及其挑戰，強調5G終端用戶設備的精確設計與仿真至關重要。本文描述了工程師設計5G終端用戶設備、改善其電磁性能以及評估人機交互的工作流程。仿真結果表明，在Ansys HFSS上進行設計，提高了系統的性能和效率。正如文中明確指出的那樣，UE和微基站(或宏基站)的設計和優化不能在孤立的情況下實現。它們依賴于UE與微基站之間的通信信道。
Ansys Discovery集成電磁功能為物聯網和5G提供早期天線設計
新功能有助于企業在天線設計流程早期研究新概念，從而為物聯網（IoT）應用以及5G技術和自動駕駛汽車帶來更出色的性能。
Ansys Discovery 仿真
Capgemini Invent旗下劍橋咨詢公司（Cambridge Consultants）醫療技術部高級副總裁Arun Venkatasubramanian博士指出：“智能、高度微型化的可植入醫療設備正在開創全新的治療領域，并改善患者護理體驗。設計智能植入物的關鍵環節是開發出高效可靠的無線天線。作為一家提供前沿解決方案的產品開發和技術咨詢公司，我們期待使用Ansys Discovery來增強我們現有的Ansys HFSS天線設計工作流程。這將使我們能夠快速探索天線概念設計，并加速向客戶交付創新型解決方案。”
Discovery能幫助團隊快速評估元件設計和天線布局的變化，而無需解釋或闡明復雜的計算機輔助設計（CAD）幾何結構。它能根據所需的頻率范圍自動創建電磁區域，并根據端口定義分配導電和介電材料。這種自動化能夠支持快速評估和集成天線概念，同時避免手動清理幾何結構。此外，工程師和設計人員還可將模型和物理設置無縫傳輸到Ansys HFSS 3D高頻電磁仿真軟件中，以進行最終設計驗證。
Ansys產品高級副總裁Shane Emswiler表示：“在Ansys Discovery中增加用于天線設計的電磁功能不僅可實現仿真左移，而且還能讓仿真技術在從初學者到專家的所有用戶群體中更加普及化。Discovery提供了一個易于使用的界面，其集成了建模和訪問其他Ansys工具的功能，從而簡化天線設計流程，并優化開發、性能和效率。”
展開 5G仿真解決方案之終端天線仿真關鍵技術 | 附最新白皮書下載
基于NSA架構的5G載波僅承載用戶數據，其控制信令仍通過4G網絡傳輸
NSA架構下5G與4G LTE聯合組網，在利用現有的4G設備基礎上進行5G網絡的部署，即可同時使用4G核心網、4G無線網以及5G無線網。SA即新建5G網絡，與NSA最大的差別就在于SA擁有5G核心網。在SA組網下，5G網絡獨立于4G網絡，5G與4G僅在核心網級互通互連，更加簡單。
NSA和SA組網形式（網絡圖片）
采用5G初級階段的NSA組網方式，5G網絡與4G網絡并存，而5G 設備要達到更高速、穩定、低時延等要求則依賴于以下幾個因素：
更多的頻段；
多個頻段之間的載波聚合技術；
大規模MIMO等技術。
當前手機終端天線凈空普遍壓縮至2mm左右，而終端天線設計中既要兼顧sub6G與毫米波頻段的多頻段需求，又要支持MIMO天線技術，多頻帶CA技術實現場景需求，這些技術的引入都對5G手機終端設計研發提出了高難度的挑戰：
NSA組網模式下，4G頻段天線與5G頻段天線并存；3GPP中，4×4 MIMO天線作為強制入網要求。5G終端產品內的天線數目激增，面對這么多天線，天線效率、天線共存、天線布局等問題亟待研究解決，天線設計面臨著重大挑戰；
5G通信中，低頻的頻譜資源終歸是有限的，毫米波應用的潛力巨大，毫米波具有極寬的絕對帶寬，提高信道容量和數據傳輸速率的毫米波技術成為了未來5G通信關鍵技術之一。
展開 5G核心，天線與射頻篇！
因為當發射端的發射功率固定時，接收端的接收功率與波長的平方、發射天線增益和接收天線增益成正比，與發射天線和接收天線之間的距離的平方成反比。在毫米波段，無線電波的波長是毫米數量級的，所以又被稱作毫米波。而2G/3G/4G使用的無線電波是分米波或厘米波。由于接收功率與波長的平方成正比，因此與厘米波或者分米波相比，毫米波的信號衰減非常嚴重，導致接收天線接收到的信號功率顯著減少。怎么辦呢？我們不可能隨意增加發射功率，因為國家對天線功率有上限限制；我們不可能改變發射天線和接收天線之間的距離，因為移動用戶隨時可能改變位置；我們也不可能無限提高發射天線和接收天線的增益，因為這受制于材料和物理規律。唯一可行的解決方案是：增加發射天線和接收天線的數量，即設計一個多天線陣列。
在高頻場景下，穿過建筑物的穿透損耗也會大大增加。這些因素都會大大增加信號覆蓋的難度。特別是對于室內覆蓋來說，用室外宏站覆蓋室內用戶變得越來越不可行。而使用massiveMIMO（即天線陣列中的許多天線），我們能夠生成高增益、可調節的賦形波束，從而明顯改善信號覆蓋，并且由于其波束非常窄，可以大大減少對周邊的干擾。
考慮到5G這個特性，5G終端最重要的設計就是非金屬后蓋（提高穿透性），以及需要更多天線！
今天主要講天線的射頻！
射頻前端芯片
5G應用均可歸為eMBB（增強移動寬帶）、mMTC（5G時代的萬物互聯）與uRLCC（高可靠性、零時延應用）三種應用場景，這些場景的延伸會促進很多額外射頻器件的產生，無論是在基礎設施領域還是在移動終端智能手機領域。
展開 天線引領5G物聯網終端齊升
為滿足新型應用的用戶服務體驗，無線技術在信令延遲、信令開銷、頻譜效率和覆蓋范圍等方面持續演進，在多天線技術研究中形成了各種解決方案。5G技術包括毫米波、大規模天線陣列、全雙工通信等一系列關鍵技術，使得5G網絡能夠支持更多設備連接、更高的數據傳輸速度和更低的時延。
多天線技術是5G關鍵技術之一，在新一代網絡的快速部署中起到重要作用。從用戶感知吞吐量來看，多天線技術能夠顯著提高頻譜效率、擴大網絡覆蓋并有效抑制多用戶場景中的多信道干擾，從而提升終端用戶體驗。摩天射頻一家全球性的天線和標簽解決方案提供商天線和標簽設計的各個方面擁有超過15年的實踐經驗，天線產品包括新天線、NFC線圈、RFID標簽、有源天線和無線設備領域的mmWave、AOA及MIMO陣列。
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