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新型建模算法簡化天線設計

52RD.com 2016年4月28日 電子工程專輯            參與:9人 查看 我來說兩句
  

  要設計一款可用于現有4G并符合未來5G需求的智能手機天線,變得越來越困難了,因為它必須能在所有的頻率范圍進行傳送與接收。但其解決之道就是目前在先進設計中所用的“多輸入多輸出”(MIMO)天線,或稱為多端口天線,它能以低廉但高效的方式分析頻段。

  遺 憾的是,當今有經驗的天線設計人員經常用“黑魔法”(他們的個人經驗和領悟)來臆測優化天線配置應該是什么樣的,然后針對所有的相關因素進行模擬,有時 這得花上一整個星期的計算機作業時間。而如果成效不佳,他們就得再重新再做一次,直到取得理想的設計——但永遠不知道其設計離優化配置還差多少。

  如今,美國北卡羅萊納州立大學(NCSU)的研究人員據稱已為此找到了更好的辦法。他們并未透過最有經驗的“黑魔法”RF專家來執行詳細的模擬,而只是藉由消除所有最重要的參數來簡化問題至其基本原理,從而解決了優化的天線配置問題。這些算法能在幾分鐘內執行,而不必花費數周的時間,讓RF專家能重復調整配置,直到實現優化。接著,就可以在進行制造以前,利用傳統仿真器為設計進行更詳細的驗證。

 

  3端口微帶平面天線的典型電路圖

  “我們的動機一開始是為了研究多端口天線,以及了解它如何在基本面作業,”北卡羅萊納大學教授Jacob Adams解釋,“我們的研究工作對于5G來說將會十分重要,因為我們并非采用傳統的全波仿真來實現每端口配置,而是在各種模式下建模天線為諧振器,然后插入虛擬埠,并評估其所在位置。”

  這種方法的關鍵在于首先建模不帶輸入的天線——一般的技術通常不會做這么做——其結果是一種表現天線能響應各種方式的特殊基本共振模式。

  

  槽狀貼片天線的典型幾何形狀

  “我們正在開發一種無信號源的天線建模途徑,這讓我們能為其導入信號源,并迅速觀察其反應,”Adams表示:“獲得激勵的最終模式取決于接收到激勵類型與位置。”

  研究人員使用這種方法,找到了最佳的天線配置,也避免了忽略所用材料等因素。根據Adams表示,傳統途徑缺少可發現絕對優化的分析方法,“但我們能定義優化配置應該是什么,提出一種可用途徑,并且快速地測試它與優化的理論值有多么接近。”

  

  北卡羅萊納州立大學的第一諧振頻率(856.5-MHz)分貝(dB)地圖,其中,優化的天線安裝位置以P表示,最糟的位置則以W表示

  一 旦近似算法找到最佳配置時,RF工程師即可執行傳統算法,將材料特性、進料的雙幾何形狀以及NCSU近似算法忽略的其他因素都加進去考慮。相較于僅執行傳統算法——大約需要116小時,這種方式只需15分鐘,更大幅節省了時間,因為所有的反復試驗(trial-and-error)都已經由 NCSU的模式完成了。

  

  NCSU的第二諧振頻率分貝地圖


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評 論
2樓 52RD網友 116.25.*.* 發表于 2018/4/27 18:06 回復
——內容審核中——
1樓 laihager 發表于 2016/7/18 16:01 回復
對于多頻段的復雜天線完全不適用
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