發(fā)布者：凱思軟件發(fā)布日期：2024-12-05瀏覽量：
在過(guò)去的10年間，智能手機與智能設備已經(jīng)改變了我們的通信、娛樂(lè )和工作方式。每年智能設備的銷(xiāo)量超過(guò)10億部，依托龐大的全球供應鏈，該市場(chǎng)現在已經(jīng)成為全球經(jīng)濟的主要支柱。
單一設備類(lèi)別的巨大市場(chǎng)價(jià)值自然會(huì )帶來(lái)激烈競爭與銳意創(chuàng )新，并且伴隨著(zhù)極短的產(chǎn)品生命周期。因此，智能手機用戶(hù)往往會(huì )對每個(gè)新版本的軟硬件有非常高的期望。始終在線(xiàn)的高速連接是眾多現代功能的基石，當期望變得如此之高，并且被最新一代5G蜂窩技術(shù)推得更高時(shí)，任何連接問(wèn)題都會(huì )讓人懊惱，而且在某些情況下有可能帶來(lái)危險。
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(zhù)增加了智能手機設計的復雜性。毫米波頻段對蜂窩通信來(lái)說(shuō)是一個(gè)全新的頻段，傳統上是用于航空航天或汽車(chē)應用中的雷達探測。
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據速率，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，因此用于雷達應用。短距離限制意味著(zhù)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重、人口密集的區域，如：市中心街道與體育場(chǎng)。短距離的優(yōu)勢是在相對較短距離內實(shí)現頻率的重復利用。
智能手機或設備層面的設計挑戰重重：
高頻段毫米波設計挑戰：5G毫米波天線(xiàn)的電氣規模非常?。ㄔ诤撩琢考墸?，而且其對微小幾何變化尤為敏感。除了整體封裝約束以及天線(xiàn)對周?chē)牧系钠毡槊舾行?，在?shí)現所需的5G天線(xiàn)性能方面還存在一系列挑戰。
5G波束成形與MIMO：在毫米波范圍內，5G技術(shù)無(wú)法使用單天線(xiàn)單元提供設備的球形或各向同性覆蓋范圍，因為需要太多的功率來(lái)解決信號路徑損耗——在這些頻率下，信號強度會(huì )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(xiàn)陣列，以形成能夠把功率集中到特定方向的波束。通過(guò)利用相對振幅與信號相位的變化來(lái)分別驅動(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。
智能手機的碼本或波束手冊：確保手機內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(lèi)陣列采用集成型“片上天線(xiàn)”技術(shù)，如：高通提供的QTM525，其設計用于安裝到智能手機的側面。此類(lèi)模塊的供應商將提供一個(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動(dòng)。通過(guò)搜索此碼本，可以利用相關(guān)模塊實(shí)現最佳覆蓋范圍。
單獨測量以及在用戶(hù)設備中測量5G毫米波片上天線(xiàn)性能非常耗時(shí)，因為評估完整的球形覆蓋范圍需要運行大量的測試。更快速、更低成本的解決方案是采用電磁仿真。盡管在模型復雜性和所需的仿真數量方面仍然要求很高，但是現代高性能計算技術(shù)能夠以合理的成本提供可控制的運行時(shí)間。
為了生成有意義的覆蓋范圍或功率密度指標，必須處理測量或仿真生成的大量數據。仿真數據可以進(jìn)行自動(dòng)后處理，以便以最少的用戶(hù)工作量或干預生成所需結果。這種類(lèi)型的自動(dòng)化對于OEM廠(chǎng)商非常有價(jià)值，因為每個(gè)手動(dòng)步驟都會(huì )由于需要運行大量的仿真和考慮眾多的手機型號數量而成倍增加。
