5G手機天線的案例
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 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 高通展示首款5G毫米波智能手機天線模塊
高通總裁克里斯蒂亞諾·阿蒙（Cristiano Amon）解釋道，對于智能手機和整個移動行業來說，今天有關第一款商業5G NR mmWave天線模塊和sub-6 GHz射頻模塊的聲明是個非常重要的里程碑。這些解決方案涵蓋mmWave和sub-6 GHz譜帶，使移動5G網絡和設備（尤其是智能手機）大規模商業化成為可能。有了5G，消費者可以期待千兆級的網速和非常快的響應速度，這將改變移動體驗。”
為了在密集的城市地區和擁擠的室內環境中提供高網絡吞吐量，QTM052支持高達800MHz的帶寬，使用先進的波束形成、波束轉向和波束跟蹤技術來改進mmWave信號。該模塊包括5G無線電收發器、電源管理IC、RF前端和相控天線陣，與Snapdragon X50調制解調器配合形成完整的系統。
有趣的是，四個QTM052模塊可以放在一個智能手機上，以提高設備對信號衰減和其他干擾的抵抗力。這為原始設備制造商提供了一種強有力的替代方案，以便在2019年初將他們的第一批高速5G設備推向市場，同時讓工程師們繼續致力于更精簡的第二代機型。
圖3：高通預計，許多制造商將在一個機殼中放置四個mmWave天線模塊，以避免信號丟失
相比之下，包括QPM5650、QPM5651、QDM5650和QDM5652在內的sub-6 GHz模塊家族，將使設備能夠在人口較少的非城市地區訪問5G網絡。雖然這四個模塊都支持相同的sub-6 GHz波段，但是P版本包含功率放大器，而D版本提供多樣性支持。它們都是為支持大規模MIMO傳輸而設計的，MIMO傳輸使用多個天線來實現高數據速率。
高通表示，所有的新部件目前都在對客戶進行采樣，預計它們將于明年初出現在首批5G智能手機上。不過，高通此前曾表示，將在此之前幫助部分客戶推出設備。
來源：網易科技報道
展開 住友化學 | 研發出智能手機屏幕內嵌入式透明5G天線技術
CINNO Research產業資訊，住友化學研發出智能手機顯示屏內嵌入式透明5G天線技術。并將制成透明天線的薄膜作為顯示屏組件進行供貨。該技術通過接收從手機正面到達的無線電波，從而能補充現有的手機背面天線接收5G無線電波的方式，有助于改善通信環境。目標是于2023年將該技術實現商業化。
顯示屏內嵌入式5G天線技術
5G通信中使用的毫米波段無線電波，具有很強的方向性和直線性，而現有智能機內置天線無法接收全方位無線電波，從而導致通信環境不穩定。為解決這一問題，住友化學的子公司東友精密（韓國）開發出了可在顯示屏接收無線電波的顯示屏內置式5G天線（AoD）。住友化學正在謀求5G普及帶來的新市場需求。
該天線采用了由觸控技術培養的透明布線模式技術。通過在顯示屏的邊緣部分形成寬度約為5毫米的天線，從而使其發揮出足夠的性能。該項技術具體細節未公開。住友化學將為客戶量身設計，提供天線薄膜或觸控一體化薄膜。
除智能機外，住友化學還希望將該技術用于室內5G基站。通過在玻璃的正面和背面使用同種薄膜天線，實現手機天線的全方位覆蓋。
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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 5G核心，天線與射頻篇！
射頻前端模塊組成示意圖
射頻前端芯片市場大致分為兩個方向：
一、是移動終端市場，分為兩個部分
1， 手機
盡管智能手機滲透率接近飽和，增長率逐漸放緩，但是多天線陣列導致內部射頻前端芯片的數量和價值持續提高。
2，物聯網（IOT）
作為5G最重要的應用場景，物聯網產業借助5G落地，成為驅動射頻前端芯片市場發展的最大引擎。市場預計至2019年，市場總規模將超過200億美元，年復合增長率超過15%；
二、基站
相比終端市場，此領域市場規模較小，但5G核心技術Massive MIMO、微基站、毫米波將會首先在這一市場得到應用，預計先于終端市場進入產業化階段，率先收益。
根據頻譜劃分，移動的5G基站建設可能遠少于電信和聯通。
移動終端市場，5G射頻器件的主戰場！
對于以智能手機為代表的移動終端設備來說，在由4G到5G的演進過程中，射頻模塊需要處理的頻段數量大幅增加、以及高頻段信號處理難度的增加都會進一步提升終端內部射頻器件復雜度，各類射頻器件將更廣泛地使用于 5G 新技術中，天線以及濾波器、功率放大器、開關等射頻器件將迎來新的快速增長期。
圖表：全球手機射頻器件與天線市場規模將迎來新的快速增長期（單位：億元）
在5G的前端架構里面，除了PA、濾波器、LNA等傳統的射頻收發器件以外，更多的是前端天線的分配問題，多工器如何支持更好的載波聚合，天線分工器可能需要與手機廠家合作，他們決定手機里用哪幾根天線，每根天線支持的頻段等等。
射頻前端芯片作為移動智能終端產品的核心組成部分，市場份額擴張迅猛。
移動通信基站市場，第二戰場
基站是提供無線覆蓋和信號收發的核心環節，包括基站主設備和室外天饋系統。
展開 天線引領5G物聯網終端齊升
天線是用于收發射頻信號的無源器件,決定了通信質量,信號功率,信號帶寬,連接速度等通信指標,是通信系統的核心。按照在通信網絡中的應用，天線可以分為無線通訊終端天線和網絡覆蓋傳輸天線。
無線通訊終端天線包括手機天線,筆記本電腦天線,數據卡天線等。網絡覆蓋傳輸天線主要為基站天線。終端天線中手機天線是增量大頭。手機天線放量主要靠三方面刺激：一是5G手機開始大規模使用，引發換機潮，打開手機本身的存量市場。
5G手機通信質量要求提高，MIMO（多輸入多輸出）技術得以應用，發射端和接收端均需使用多個天線，來加快信號傳輸速度。4G時期，手機主要搭載2*2MIMO，即2根接收天線，只有部分旗艦機搭4*4MIMO，而5G手機至少搭載4*4MIMO，8*8MIMO也很可能成為標配。
其次手機功能不斷增加，需要更多類型的天線支持。例如2G手機僅具備通話和無線上網功能，只需要移動網絡天線、WiFi天線以及藍牙天線；3G手機增加了無線定位功能，因此需要GPS天線；4G手機時又疊加了無線支付功能，NFC天線隨之出現。摩天射頻作為天線生產商提供多款天線組合，WiFi天線，GPS天線，NFC天線些物聯網終端通常采用內置天線或外置天線，用于實現數據采集和遠程控制等功能。
5G是第五代移動通信技術，它是一種高速、低時延的無線通信技術，相較于前四代移動通信技術5G具有更高的帶寬、更低的時延和更廣的覆蓋。隨著5G網絡商業部署的推進和無線技術的快速發展，新的業務形態逐漸形成，對應的服務質量需求更加嚴格。
展開 5G終端天線設計，到底有多難？
尤其是終端產品的信號收發能力，如果無法滿足要求，那么即使網絡再好，也是“有網無端”，難以發揮5G的真正價值。
那么，影響物聯網終端信號收發能力的最關鍵部件，究竟是什么呢？
相信大家都已經猜到了，沒錯，就是
天線。
▉ 5G終端天線設計的重難點
天線，英文名叫做antenna，是所有通信設備最重要的部件之一。它的好壞，直接關系到終端的通信能力以及工作效率。
一直以來，天線都是終端的設計重點和難點。5G的到來，更是將天線的設計難度推向了難以想象的高度。
首先，5G終端要支持
多天線技術，以滿足超高傳輸速率要求。
5G的超高速率（Gbps以上），要求強大的多天線系統性能支持極強的數據吞吐能力。為了實現高速率，5G引入了Massive MIMO（大規模天線）技術，終端天線需要同步支持。5G還引入了Beamforming（波束賦型），終端天線同樣需要支持。
其次，5G終端天線必須有
合理的布局設計，盡可能小型化。
終端天線一般分為外置天線和內置天線。外置天線我們見得比較多，體積較大，獨立于設備之外。而內置天線體積小巧，集成在物聯網設備內部。
現在的物聯網終端，一般都要求體積小巧，且內置天線更加美觀，更具市場競爭力，所以，越來越多的終端廠商選擇
內置天線方案。
在本已狹小的設備內部空間，塞入5G天線，談何容易？
天線是敏感元件，放置位置和方式有嚴格的限制，不是隨便亂塞的。
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
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
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
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展開 Ansys白皮書：如何設計5G無線網絡的用戶設備天線系統
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。根據結果，從對期望輸出影響最大的變量創建一個狹窄的搜索區間。調用優化算法在區間中搜索并找到變量的最佳組合。
展開 
Ansys白皮書——如何設計5G無線網絡的用戶設備天線系統
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。根據結果，從對期望輸出影響最大的變量創建一個狹窄的搜索區間。調用優化算法在區間中搜索并找到變量的最佳組合。圖4顯示了最終天線設計的回波損耗曲線。計算得到的反射系數和實現的增益在相應的曲線圖中顯示出來。圖4和圖5顯示了不同頻率下實現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）來設計集成毫米波陣列。
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 5G 產業鏈：基站天線和小基站爆發潛力大
5G宏基站數的翻倍增長及技術演進帶來基站天線成倍增長空間。
5G關鍵性能指標十倍的增長需要基站數翻倍增長以支撐。5G的三個關鍵的效率需求包括頻譜利用效率、能耗效率和成本效率。
具體來說，5G在頻譜效率、能源效率和成本效率的提升需求在十倍甚至百倍以上，關鍵技術加速催化。
如下所示，5G的性能指標主要從用戶體驗速率(bps)、連接數密度(1/Km2)、端到端時延(ms)等方面提出要求。
其中，用戶體驗速率(bps)從4G時代的10Mbit/s升級至100Mbit/s，這對5G網絡覆蓋能力提出了全面升級的要求。
根據理論值計算，在越高的頻譜上傳播信號，信號損耗越高，所需要的基站數也需要越高。從連續覆蓋角度來看，5G的基站數量可能是4G的1.5-2倍。
截止2017年底，我國已搭建了328萬座4G宏基站，按照1.5倍的保守值計算，5G基站數至少在500萬座。
大規模天線(massiveMIMO)技術放大基站天線需求。從2G到4G，基站天線經歷了一體化宏基站、基帶處理單元和射頻拉遠模塊分離、MIMO天線、有源天線、MassiveMIMO等發展階段。
隨著4.5G和5G時代的到來，MassiveMIMO技術被引入，直接導致基站天線發展的三個趨勢:1)無源天線向有源天線發展2)光纖替代饋線3)RRH(射頻拉遠頭)和天線部分集成。
隨著通信網絡向5G的不斷演進，陣列天線(多天線空分復用)、多波束天線(網絡致密化)和多頻段天線(頻譜擴展)將成為未來基站天線發展的主要類型。
MIMO能夠充分利用空間資源，通過在底層物理設備中安裝多個發射與接收天線，使得信號能夠在多個天線之間實現多發多收，在不增加頻譜資源與發射功率的基礎之上，改善通信質量，拓寬通信信道，是后4G時代的關鍵通信技術。
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。
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