5G уже на подходе. Обещание более высокой скорости для связи с высокой скоростью передачи данных и меньшей задержки для взаимодействия в реальном времени привлекает пользователей. Эта комбинация не только обеспечит новые форматы видео, такие как 360-градусное видео (ожидается, что на видеотрафик будет приходиться 73% всего трафика мобильных данных к 2023 году), но также позволит использовать новые технологии, такие как автономное вождение, взаимодействие с дополненной или виртуальной реальностью и тактильный Интернет с приложениями в самых разных областях - от промышленной автоматизации и транспортных систем до здравоохранения, образования и игр.
Проектирование антенн для мобильных телефонов всегда было сложной задачей для инженеров, и разработка антенн для поддержки новых частотных диапазонов 5G поднимет планку еще больше. Наибольший интерес представляют два частотных диапазона: частотный диапазон 1 для связи в диапазонах до 6 ГГц и частотный диапазон 2 для связи на частотах миллиметровых (миллиметровых) волн выше 24 ГГц. Некоторые из диапазонов все еще обсуждаются, и точные обозначения частот будут варьироваться в зависимости от географического положения. Первоначальная интеграция телефонов была сосредоточена на антеннах с частотой менее 6 ГГц, и миллионы абонентов по всему миру уже имеют контракты на мобильные телефоны 5G. Поддержка mm-Wave изначально использовалась для обеспечения широкополосных соединений в домах или другой фиксированной инфраструктуре, но постепенно находит свое применение и в мобильных телефонах.
Проблемы дизайна
Моделирование играет фундаментальную роль при проектировании антенн в целом, и особенно при разработке настраиваемых, индивидуально адаптированных антенн, используемых в компактных мобильных устройствах. Однако проблемы в двух частотных диапазонах различны.
Антенны Sub 6 ГГц
Антенны менее 6 ГГц должны быть спроектированы в контексте компактного мобильного телефона, вписываясь в любое доступное пространство среди всех других компонентов, которые плотно упакованы в форм-фактор, указанный командой разработчиков. Конечно, требуются не только антенны с поддержкой 5G. 5G будет использоваться наряду с существующими сайтами связи 4G, 3G и Wi-Fi. Это увеличивает количество антенн, которые необходимо интегрировать в телефон, тем более что большинство этих стандартов также включают поддержку работы с множеством антенн с массивным входом и массивным выходом (MIMO). Даже если отдельные элементы могут одновременно соответствовать различным стандартам, все равно будет требоваться размещение как минимум полдюжины антенн.
Антенны не только функционируют как автономные «антенны» в традиционном понимании, но и обеспечивают тесное взаимодействие с остальной частью телефона. Понимание резонансного поведения телефона важно, поскольку антенна передает энергию в естественные резонансы телефона. Они сильно зависят от точной конфигурации внутренней структуры, которая может меняться в течение цикла проектирования. Таким образом, очень важно проектировать антенну в контексте полноценного телефона, используя материалы, компоненты и соединения между ними, смоделированные с достаточной точностью.
Оптимальное размещение антенн в телефоне, а также друг относительно друга имеет решающее значение для их работы. Изменения в позиционировании на несколько миллиметров позволят отличить хорошую систему от плохой.
Обратите внимание: Когда, каким образом и при каких обстоятельствах система"Дизайн Человека" проникла на нашу планету?.
Инженеры по антеннам должны уметь быстро реагировать на изменения конструкции. Немедленный доступ к описаниям изменений конструкции, эффективный рабочий процесс для настройки имитационной модели и, конечно же, эффективные алгоритмы моделирования - все это чрезвычайно важно, если хорошие конструкции антенн должны быть достигнуты в жесткие временные рамки короткого цикла проектирования устройства.Антенны миллиметрового диапазона
Растущий спрос на мобильный трафик данных потребует миллиметровых волн в дополнение к массивной MIMO на частоте менее 6 ГГц. Исследования по интеграции антенн миллиметрового диапазона в мобильные устройства уже ведутся. Небольшой физический размер антенн на частоте 28 ГГц или выше делает использование интегрированных в микросхем массивов, часто содержащих четыре элемента, интересным вариантом. Эти антенны обладают высоким коэффициентом усиления и поддерживают несколько лучей, что позволяет решить поставленные задачи по обеспечению высококачественного сайта передачи данных во всех направлениях вокруг телефона.
Конструкция антенны в этом случае не так сильно связана с общей структурой телефона, как на более низких частотах. Скорее, проблема сводится к интеграции антенны в устройство за крышкой, которая на миллиметровых частотах больше не является электрически тонкой и, таким образом, оказывает существенное влияние на характеристики излучения антенны. Здесь находят применение методы, используемые для проектирования обтекателей в аэрокосмической промышленности. Антенны можно эффективно интегрировать за пластиковыми или стеклянными крышками, создав геометрию крышки, которая действует локально как линза, и даже за металлическими крышками, включая электромагнитные окна, возможно, на основе принципов проектирования частотно-селективных поверхностей (FSS). Такой подход существенно улучшает диаграмму направленности и улучшает характеристики сканирования.
Баланс производительности и безопасности
Для любого оборудования, которое используется в непосредственной близости от человека, обеспечение безопасности пользователя имеет первостепенное значение. Стандарты сертификации воздействия на человека полей излучения должны быть выполнены до того, как продукт может быть выпущен на рынок. На частотах ниже 6 ГГц применяются существующие стандарты удельной скорости поглощения (SAR). На миллиметровых волнах проникновение поля в человеческое тело очень мало. Большая часть энергии отражается, а большая часть поля, попадающего в тело, рассеивается в пределах 3 мм от поверхности, поэтому SAR не является подходящей мерой воздействия на человека. Скорее предлагается измерять поток мощности на поверхностях на определенном расстоянии от устройства.
Заключение
Связь 5G улучшает качество мобильной связи пользователей по всему миру. Эффективные антенны с высокими характеристиками являются ключевыми факторами, обеспечивающими быструю непрерывную связь. Обеспечение баланса между производительностью и безопасностью требует точного моделирования и симуляции антенн, телефона и даже пользователя, причем не только в электромагнитном, но и в физическом плане.
Материал взят с сайта: https://blogs.3ds.com/
#simulia #cst studuio suite #antenna magus #5g #наука #наука и образование #наука и техника #наука и технологии #технологии
Еще по теме здесь: Новости науки и техники.
Источник: Дизайн антенны 5g для мобильных телефонов.