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阵列天线新趋势和仿真案例分析

2018/6/11    来源:索辰信息        
关键字:阵列天线  仿真  5G  
我们见证了移动通信从1G到4G LTE的发展。这个过程中,通信的关键技术在持续改变,处理的信息量也成倍增长。而天线,是实现这一跨越式提升不可或缺的组件。

二、阵列天线的两大趋势

    1.从无源阵列天线到有源阵列天线系统

    按照天线阵元是否有发射机,将相控阵列分成两种形式:无源相控阵列(整个天线共用一个发射机)和有源阵控阵列(每个或每组天线阵元共用一个发射机和接收机)。由于设备小型化、集成化、灵活性是系统发展的永恒主题,相较于无源阵列天线,有源阵列天线将是5G通信的必然选择。

    这也意味着阵列天线可能会实现智能化、小型化(共设计)、定制化。因为未来的网络会变得越来越细,我们需要根据周围的场景来进行定制化的设计,例如在城市区域内布站会更加精细,而不是简单的覆盖。5G通信将会应用高频段,障碍物会对通信产生很大的影响,定制化的阵列天线可以提供更好的网络质量。

    2.阵列天线设计的系统化和复杂化

    5G通信中,对阵列天线提出了诸多挑战:高度集成化大规模天线系统的体系架构;小型化天线单元及射频集成化的研制;信号同步;各种预编码和方向图成形的精确算法;高度集成后系统的稳定性和可维护性等。

    例如波束阵列(实现空分复用)、多波束以及多/高频段。这些都对阵列天线提出了很高的要求,它会涉及到整个系统以及互相兼容的问题,在这种情况下阵列天线技术已经超越了元器件的概念,逐渐进入了系统的设计。本文以波导缝隙阵列天线为例,带大家了解阵列天线的仿真技术。

三、波导缝隙阵列天线的仿真技术

    波导缝隙阵天线具有口面场分布容易控制、阵列天线口径效率高、性能稳定、结构简单紧凑、重量轻、体积小、功率容量高、强度高、安装方便、便于实现高增益等优点,且容易实现窄波束、低副瓣乃至超低副瓣,所以波导缝隙阵列天线己经成为新型雷达中阵列天线的优选形式,被广泛应用于气象、导航、机载、舰载、弹载雷达和通讯领域。

    波导缝隙阵列天线的设计方法和生产工艺都达到了相对成熟的解读,这其中各种电磁仿真软件功不可没。本文利用LEO电磁仿真分析软件,针对波导缝隙阵列天线进行了设计仿真,仿真结果很好地满足了设计要求。

    1.仿真模型

仿真模型

图3 仿真模型

    2.计算方法

    采用高阶矩量法精确算法;计算频率:10GHz。

    3.仿真结果

    3.1 仿真3D结果

仿真3D

仿真3D

图4 仿真3D

    3.2 与HFSS仿真2D结果对比

XOY面方向图

图5 XOY面方向图

(HFSS_0.01表示精度为0.01时的计算结果)

    本案例采用独特的电磁算法,对波导缝隙阵列天线进行仿真分析,并与HFSS仿真结果进行对比分析,表明在保持计算效率的同时也可以保持良好的计算精度。

责任编辑:程玥
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