陣列天線設(shè)計的案例
CST陣列天線仿真系列研討會（含CST實操培訓(xùn)）-9月12日直播
在5G、6G以及衛(wèi)星通訊領(lǐng)域，陣列天線的應(yīng)用越來越廣泛。基站陣列天線的發(fā)展趨勢包括多頻段、多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)以及高密度小型化設(shè)計。衛(wèi)星通訊中陣列天線的需求則集中在超寬帶寬角掃描、高速傳輸處理和高度集成化。這對陣列天線的設(shè)計提出了更高的要求。
電磁仿真在陣列天線的設(shè)計與驗證中扮演著關(guān)鍵角色。作為全球領(lǐng)先的電磁場仿真軟件，CST憑借其先進的技術(shù)體系、卓越的精度、高效的計算性能以及友好的操作體驗，深受工程師和科研人員的信賴，成為天線仿真的首選工具。
無論是基站天線還是大規(guī)模相控陣天線，新版本的CST均提供了完善的解決方案。通過使用CST的Array Task功能和HPC技術(shù)，設(shè)計人員可以高效完成復(fù)雜陣列天線的設(shè)計與驗證。
本次會議，我們準(zhǔn)備了三個議題，將討論：
1.CST在基站陣列天線仿真的解決方案。
2.CST在衛(wèi)星通訊相控陣天線仿真的解決方案。
3.CST實操培訓(xùn)，演示相控陣天線仿真流程。
CST陣列天線仿真線上研討會
本次研討會將在9月12日下午通過線上會議形式舉辦，誠邀您的參與。
展開 【11月29-30日 上海】ANSYS官方培訓(xùn)—基于HFSS的天線設(shè)計（包含5G天線）高級培訓(xùn)
基于HFSS的天線設(shè)計（包含5G天線）高級培訓(xùn)
培訓(xùn)背景
過去的幾十年中隨著移動通信技術(shù)的進步，天線作為系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件得到了大力的發(fā)展與廣泛的應(yīng)用。而隨著5G的即將來臨，天線再一次成為技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的核心，并面臨著極大的創(chuàng)新挑戰(zhàn)和進步機遇。
大規(guī)模陣列天線作為5G天線的關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計和仿真難度仍然比較大。同時天線的布局問題在天線應(yīng)用中也成為一個重要課題。隨著手機等電子設(shè)備的小型化和高性能要求，移動終端天線的設(shè)計面臨著越來越苛刻的要求。
HFSS作為天線設(shè)計的黃金工具，在業(yè)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(shù)和便捷的場路協(xié)同優(yōu)化技術(shù)，可以快速高效的分析各類復(fù)雜天線問題。
本次培訓(xùn)主要針對陣列天線設(shè)計，天線布局和移動終端天線設(shè)計的仿真方法和手段進行相關(guān)培訓(xùn)，為提升相關(guān)科技工作者的技術(shù)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(shè)計（包含5G天線）高級培訓(xùn)班”。
培訓(xùn)合格者發(fā)放ANSYS技術(shù)培訓(xùn)認(rèn)證證書。
展開 ANSYS基于HFSS的天線設(shè)計高級培訓(xùn)班
課程介紹：
過去的幾十年中隨著移動通信技術(shù)的進步，天線作為系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件得到了大力的發(fā)展與廣泛的應(yīng)用。而隨著5G的即將來臨，天線再一次成為技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的核心，并面臨著極大的創(chuàng)新挑戰(zhàn)和進步機遇。
大規(guī)模陣列天線作為5G天線的關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計和仿真難度仍然比較大。同時天線的布局問題在天線應(yīng)用中也成為一個重要課題。隨著手機等電子設(shè)備的小型化和高性能要求，移動終端天線的設(shè)計面臨著越來越苛刻的要求。
HFSS作為天線設(shè)計的黃金工具，在業(yè)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(shù)和便捷的場路協(xié)同優(yōu)化技術(shù)，可以快速高效的分析各類復(fù)雜天線問題。
本次培訓(xùn)主要針對陣列天線設(shè)計，天線布局和移動終端天線設(shè)計的仿真方法和手段進行相關(guān)培訓(xùn)，為提升相關(guān)科技工作者的技術(shù)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(shè)計高級培訓(xùn)班”。
培訓(xùn)合格者發(fā)放ANSYS技術(shù)培訓(xùn)認(rèn)證證書。
展開 ANSYS基于HFSS的天線設(shè)計高級培訓(xùn)班
課程介紹：
過去的幾十年中隨著移動通信技術(shù)的進步，天線作為系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件得到了大力的發(fā)展與廣泛的應(yīng)用。而隨著5G的即將來臨，天線再一次成為技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的核心，并面臨著極大的創(chuàng)新挑戰(zhàn)和進步機遇。
大規(guī)模陣列天線作為5G天線的關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計和仿真難度仍然比較大。同時天線的布局問題在天線應(yīng)用中也成為一個重要課題。隨著手機等電子設(shè)備的小型化和高性能要求，移動終端天線的設(shè)計面臨著越來越苛刻的要求。
HFSS作為天線設(shè)計的黃金工具，在業(yè)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(shù)和便捷的場路協(xié)同優(yōu)化技術(shù)，可以快速高效的分析各類復(fù)雜天線問題。
本次培訓(xùn)主要針對陣列天線設(shè)計，天線布局和移動終端天線設(shè)計的仿真方法和手段進行相關(guān)培訓(xùn)，為提升相關(guān)科技工作者的技術(shù)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(shè)計高級培訓(xùn)班”。
培訓(xùn)合格者發(fā)放ANSYS技術(shù)培訓(xùn)認(rèn)證證書。
展開 
ANSYS系列高級培訓(xùn)（成都）：ANSYS陣列系統(tǒng)高級設(shè)計和仿真分析10月17日~18日
ANSYS陣列系統(tǒng)高級設(shè)計和仿真分析
【2017年10月17-10月18號】
課程介紹：
經(jīng)過多年的發(fā)展和完善，國內(nèi)陣列天線領(lǐng)域呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢，如相控陣?yán)走_天線、汽車與無人機防撞雷達天線、移動通信5G天線等，尤其是近年來，國內(nèi)工藝水平提高，3mm陣列天線的需求與投入快速增長，陣列天線的設(shè)計指標(biāo)越來越嚴(yán)苛，設(shè)計空間越來越有限，而功能要求越來越多樣化，對天線設(shè)計師來說，無疑面臨著更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)
本次培訓(xùn)主要針對陣列天線的仿真思路與具體設(shè)計流程，從各類算法、高效建模技術(shù)、陣列仿真與饋電網(wǎng)格、天線布局與優(yōu)化等，進行相關(guān)培訓(xùn)。并著重介紹HFSS軟件在天線仿真方面的新功能與新技術(shù)，HFSS 3D LAYOUT在微帶陣列天線中的高效仿真方法，以提升相關(guān)科技工作者的技術(shù)水平，普及ANSYS軟件高級功能。因此，ANSYS公司特開辦“陣列系統(tǒng)高級設(shè)計與仿真分析高級培訓(xùn)班”。
培訓(xùn)合格者發(fā)放ANSYS技術(shù)培訓(xùn)認(rèn)證證書。
展開 如何用Ansys HFSS搞定5G陣列天線設(shè)計（一）
5G網(wǎng)絡(luò)的更大帶寬需求，要求必須徹底重新設(shè)計天線陣列，從單元到陣列，到饋電網(wǎng)絡(luò)，到全模型驗證和應(yīng)用場景評估，都需要做完善的精細(xì)化仿真和優(yōu)化設(shè)計。
利用Ansys HFSS，只需8個步驟，就能輕松完成5G天線陣列的設(shè)計和綜合驗證。此外，HFSS還能幫助工程師優(yōu)化各項天線性能指標(biāo)，如：
增益 — 最強的信號輻射方向。
波束控制 — 能夠?qū)⑿盘栞椛淇刂圃谀硞€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(shè)計流程結(jié)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(shè)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(fù)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(shù)秒后，天線工具箱（ATK）將生成天線單元的初始幾何結(jié)構(gòu)。HFSS 還可計算天線單元的增益及回波損耗等指標(biāo)特性。
展開 基于cst的ku波段陣列天線設(shè)計
經(jīng)過綜合考慮，本次設(shè)計采用羅杰斯Ro5880板材，相對介電常數(shù)為2.2，損耗正切值約為0.002
下一步就是設(shè)計貼片部分，首先要確定貼片的尺寸，本次設(shè)計的串聯(lián)饋電陣列，要滿足低副瓣要求，就要實現(xiàn)各個單元激勵電流的幅度控制，如圖1所示W(wǎng)p與Lp分別是貼片的寬度與長度，其中Lp決定天線的中心頻率，Wp影響阻抗，實現(xiàn)不同單元間的電流分布，就是調(diào)整Wp，最初的貼片大小可以根據(jù)微帶天線的經(jīng)典理論計算得到，然后微調(diào)Lp，使其工作在需要的頻帶范圍，然后根據(jù)每個單元激勵的電流幅度要求，設(shè)計每個單元的Wp值，最后將所有單元用一根微帶線串聯(lián)起來，根據(jù)駐波陣列設(shè)計原理，則每個單元間的微帶線長度應(yīng)該是二分之一波導(dǎo)波長，也就是說，每個貼片的間距Ld應(yīng)該保持在一個波導(dǎo)波長，這樣實際貼片的間距將小于1個空間波長，組合陣列不會出現(xiàn)珊瓣。
展開 【ANSYS官方干貨】5G仿真·非規(guī)則陣列天線仿真新突破
陣列構(gòu)成越來越復(fù)雜
5G天線系統(tǒng)在朝著小型化和集成化的方向發(fā)展，這意味著越來越多的天線單元會集成到越來越小的體積內(nèi)。比如基站天線，多個頻段輻射單元的集成，形成了高中低頻單元嵌套的陣面結(jié)構(gòu)，使得陣面的構(gòu)成越來越復(fù)雜。
另外，同頻單元也會由于各種原因?qū)е陆Y(jié)構(gòu)略有差異，比如部分單元需要增加引向器，部分單元需要增加寄生隔離部件等等，而這些部件的增加都會使得陣列失去周期性。
在5G毫米波頻段的天線設(shè)計中，天線可能會以AIP/AoB的形式出現(xiàn)，這種類型的天線設(shè)計使得天線模組變得非常緊湊和小巧，但是帶來的問題是天線陣列饋電網(wǎng)絡(luò)的布線變得非常復(fù)雜，并且由于空間受限，網(wǎng)絡(luò)間的互耦必須提前考慮。這種情況下在天線設(shè)計階段就需要考慮部分的饋電網(wǎng)絡(luò)，盡可能的通過電磁場仿真手段優(yōu)化和減少互耦帶來的影響。饋電網(wǎng)絡(luò)由于走線的考慮，使得不同位置的單元饋電網(wǎng)絡(luò)會略有不同，這也使得天線陣列失去了嚴(yán)格的周期性。
陣列天線仿真的困境
陣列構(gòu)成復(fù)雜且規(guī)模巨大，建模和網(wǎng)格剖分困難
規(guī)模龐大陣列建模，會導(dǎo)致建模過程復(fù)雜，軟件渲染困難，影響仿真效率。仿真結(jié)果的精度直接由網(wǎng)格質(zhì)量決定，如果需要得到高精度的仿真結(jié)果，勢必需要對模型進行精確的網(wǎng)格剖分和細(xì)化加密，而規(guī)模巨大的陣列天線模型將會導(dǎo)致網(wǎng)格剖分十分困難，并且十分耗時。
海量計算導(dǎo)致解困難
當(dāng)完成了網(wǎng)格剖分后，由于具有海量的網(wǎng)格數(shù)量，會導(dǎo)致同樣海量的未知量，使得求解過程也變得異常緩慢，需要耗費巨大的計算資源。
展開 基于HFSS的圓極化陣列天線設(shè)計
作為無線通信系統(tǒng)中最為重要的部分之一，天線也得到了飛速的發(fā)展。過去相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，傳統(tǒng)的簡單天線一直發(fā)揮著其穩(wěn)定的作用服務(wù)于無線通信系統(tǒng)。但是近年來，由于天線使用平臺的特殊要求，傳統(tǒng)的單一的線極化天線已經(jīng)不能滿足實際的要求，圓極化天線越來越受到人們的重視。
當(dāng)前圓極化微帶天線的研究課題有高增益圓極化天線、雙圓極化微帶天線、寬頻帶圓極化微帶天線等。本文研究設(shè)計了一個高增益圓極化微帶天線陣列，工作在中心頻率8.3GHZ。文章的目的是拋磚引玉，希望各位大佬相互借鑒交流學(xué)習(xí)，多多指教。
一 單元天線設(shè)計
如下圖所示，實現(xiàn)圓極化的方法有切角等方法，這里不再贅述
本文設(shè)計的采用經(jīng)典圖1的方法，采用背部饋電，之所以沒用微帶線饋電，是因為微帶線電流輻射會影響到天線，采用背部饋電，組成饋電網(wǎng)絡(luò)時影響最小。單元如下圖下圖是對關(guān)鍵參數(shù)的掃描，關(guān)鍵參數(shù)有切角寬度，方形貼片寬度，同軸線位置等，下面只給出貼片長度對s11和AR的影響
經(jīng)過hfss軟件優(yōu)化器的運算，得出最優(yōu)解如下圖
二陣列設(shè)計
單元設(shè)計完成，接下來是陣列，根據(jù)陣列理論，影響性能的因素較多，間距，饋電網(wǎng)絡(luò)等都會產(chǎn)生很大影響，經(jīng)過不斷調(diào)試，最終陣列為4X4，如下圖
本次設(shè)計陣列采用雙層基板，基板中間是地板，背面的饋電如下圖，同時給出電流分布
下面是陣列主要指標(biāo)，s11，AR，增益等
以上三圖可知，諧振點在8.3GHZ左右，軸比AR小于3dB,3dB寬度較窄，SLL在14dB，可以根據(jù)要求調(diào)整陣列，實現(xiàn)更小的SLL
三 總結(jié)
本文提出一種4X4的陣列，效果較好，容易加工。
最后，有需要歡迎通過微信公眾號聯(lián)系我們。
展開 如何用Ansys HFSS搞定5G陣列天線設(shè)計（二）
這些角度將用于定位球坐標(biāo)系內(nèi)的陣列天線。
該計算器可在第3步創(chuàng)建的網(wǎng)格的基礎(chǔ)上，確定陣列中的天線和波束具體掃描角度之間的關(guān)系。
第5步：設(shè)計天線陣列饋電網(wǎng)絡(luò)
下一步是設(shè)計陣列的饋電網(wǎng)絡(luò)。
首先需要確定目標(biāo)相位關(guān)系與幅度，然后在HFSS內(nèi)設(shè)計和迭代饋電網(wǎng)絡(luò)，直至達標(biāo)為止。
在迭代設(shè)計陣列的饋電電路時，可以預(yù)估每次迭代會給幅度和相位關(guān)系造成怎樣的影響。
完成每個陣列的布線并優(yōu)化設(shè)置后，即可開始將其所有設(shè)計連接在一個完整的仿真工程中。
來源于：ANSYS官網(wǎng)
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天線陣列(XFDTD例子)
本例取自論文《"A Fast Full-Wave Analysis of Scattering and Radiation from Large Finite Arrays of Microstrip Antennas" by Chao-Fu Wang, Feng Ling,, and Jian-Ming Jin》（Chao-Fu Wang, Feng Ling, and Jian-Ming Jin，IEEE Transactions on Antennas and Propagation 1998.10）。論文中通過采用FFT技術(shù)的積分方程方法提高了計算速度。
Antenna_Array.pdf
展開 HFSS仿真寶典 | 陣列天線的波束掃描
“
天線的波束掃描分為機械掃描和電掃描，后者相比于前者在掃描速度、波束數(shù)量、波束形狀等方面具有明顯優(yōu)勢，控制上更為靈活。本文介紹兩種在HFSS中進行電波束掃描的仿真方法。
”
關(guān)鍵詞：陣列天線，電波束掃描
01
陣列天線的波束掃描
陣列天線是一種由多個天線單元組成的集成系統(tǒng)，通過波束掃描技術(shù)，改變天線單元間的相對相位和幅度，從而實現(xiàn)對波束的方向和形狀的控制。在雷達、通信和導(dǎo)航等領(lǐng)域，可以實現(xiàn)更高的信號質(zhì)量和更好的目標(biāo)跟蹤效果。
在波束掃描中，陣列天線的每個天線單元可以被視為一個發(fā)射機或接收機，并且可以通過改變它們之間的相位差和振幅來實現(xiàn)對發(fā)射波束的控制。波束掃描技術(shù)可以根據(jù)需要對天線單元進行編程，從而實現(xiàn)不同的波束方向和形狀。
展開 HFSS仿真寶典 | 陣列天線的波束掃描
“
天線的波束掃描分為機械掃描和電掃描，后者相比于前者在掃描速度、波束數(shù)量、波束形狀等方面具有明顯優(yōu)勢，控制上更為靈活。本文介紹兩種在HFSS中進行電波束掃描的仿真方法。
”
關(guān)鍵詞：陣列天線，電波束掃描
01
陣列天線的波束掃描
陣列天線是一種由多個天線單元組成的集成系統(tǒng)，通過波束掃描技術(shù)，改變天線單元間的相對相位和幅度，從而實現(xiàn)對波束的方向和形狀的控制。在雷達、通信和導(dǎo)航等領(lǐng)域，可以實現(xiàn)更高的信號質(zhì)量和更好的目標(biāo)跟蹤效果。
在波束掃描中，陣列天線的每個天線單元可以被視為一個發(fā)射機或接收機，并且可以通過改變它們之間的相位差和振幅來實現(xiàn)對發(fā)射波束的控制。波束掃描技術(shù)可以根據(jù)需要對天線單元進行編程，從而實現(xiàn)不同的波束方向和形狀。
展開 ANSYS | 大型陣列天線仿真技術(shù)更新
ANSYS | 大型陣列天線仿真技術(shù)更新
