發(fā)布者：凱思軟件發(fā)布日期：2024-12-05瀏覽量：
在過去的10年間，智能手機(jī)與智能設(shè)備已經(jīng)改變了我們的通信、娛樂和工作方式。每年智能設(shè)備的銷量超過10億部，依托龐大的全球供應(yīng)鏈，該市場現(xiàn)在已經(jīng)成為全球經(jīng)濟(jì)的主要支柱。
單一設(shè)備類別的巨大市場價(jià)值自然會帶來激烈競爭與銳意創(chuàng)新，并且伴隨著極短的產(chǎn)品生命周期。因此，智能手機(jī)用戶往往會對每個(gè)新版本的軟硬件有非常高的期望。始終在線的高速連接是眾多現(xiàn)代功能的基石，當(dāng)期望變得如此之高，并且被最新一代5G蜂窩技術(shù)推得更高時(shí)，任何連接問題都會讓人懊惱，而且在某些情況下有可能帶來危險(xiǎn)。
由于引入了兩個(gè)主要頻率范圍——Sub-6 GHz以及24GHz以上的毫米波，5G技術(shù)顯著增加了智能手機(jī)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。毫米波頻段對蜂窩通信來說是一個(gè)全新的頻段，傳統(tǒng)上是用于航空航天或汽車應(yīng)用中的雷達(dá)探測。
5G頻段
如圖所示，毫米波對蜂窩通信的主要優(yōu)勢是提供高帶寬與潛在數(shù)據(jù)速率，通常高于1Gbps。劣勢是不足500米的較短距離，而且信號容易受到固體物體的阻塞或反射，因此用于雷達(dá)應(yīng)用。短距離限制意味著毫米波頻段通常需要逐條街道進(jìn)行部署，而且有可能只用于城市中擁堵嚴(yán)重、人口密集的區(qū)域，如：市中心街道與體育場。短距離的優(yōu)勢是在相對較短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)頻率的重復(fù)利用。
智能手機(jī)或設(shè)備層面的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)重重：
高頻段毫米波設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：5G毫米波天線的電氣規(guī)模非常?。ㄔ诤撩琢考墸移鋵ξ⑿缀巫兓葹槊舾?。除了整體封裝約束以及天線對周圍材料的普遍敏感性，在實(shí)現(xiàn)所需的5G天線性能方面還存在一系列挑戰(zhàn)。
5G波束成形與MIMO：在毫米波范圍內(nèi)，5G技術(shù)無法使用單天線單元提供設(shè)備的球形或各向同性覆蓋范圍，因?yàn)樾枰嗟墓β蕘斫鉀Q信號路徑損耗——在這些頻率下，信號強(qiáng)度會隨距離的增加而迅速下降。解決方案是在連接的兩端同時(shí)采用天線陣列，以形成能夠把功率集中到特定方向的波束。通過利用相對振幅與信號相位的變化來分別驅(qū)動(dòng)陣列的每個(gè)部分，則有可能以電氣的方式控制波束指向特定方向，從而可以提供整體各向同性覆蓋范圍。
智能手機(jī)的碼本或波束手冊：確保手機(jī)內(nèi)部的毫米波陣列提供廣泛的球形覆蓋范圍并非一件容易的事。此類陣列采用集成型“片上天線”技術(shù)，如：高通提供的QTM525，其設(shè)計(jì)用于安裝到智能手機(jī)的側(cè)面。此類模塊的供應(yīng)商將提供一個(gè)“碼本”，這是一種文本文件，列出了可以由陣列單元組合產(chǎn)生的所有波束，其中每個(gè)單元都由特定信號振幅和相位驅(qū)動(dòng)。通過搜索此碼本，可以利用相關(guān)模塊實(shí)現(xiàn)最佳覆蓋范圍。
單獨(dú)測量以及在用戶設(shè)備中測量5G毫米波片上天線性能非常耗時(shí)，因?yàn)樵u估完整的球形覆蓋范圍需要運(yùn)行大量的測試。更快速、更低成本的解決方案是采用電磁仿真。盡管在模型復(fù)雜性和所需的仿真數(shù)量方面仍然要求很高，但是現(xiàn)代高性能計(jì)算技術(shù)能夠以合理的成本提供可控制的運(yùn)行時(shí)間。
為了生成有意義的覆蓋范圍或功率密度指標(biāo)，必須處理測量或仿真生成的大量數(shù)據(jù)。仿真數(shù)據(jù)可以進(jìn)行自動(dòng)后處理，以便以最少的用戶工作量或干預(yù)生成所需結(jié)果。這種類型的自動(dòng)化對于OEM廠商非常有價(jià)值，因?yàn)槊總€(gè)手動(dòng)步驟都會由于需要運(yùn)行大量的仿真和考慮眾多的手機(jī)型號數(shù)量而成倍增加。
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