借助仿真和App缩短无线通信设计的研发周期-设计应用

精品文档-下载后可编辑借助仿真和App，缩短无线通信设计的研发周期-设计应用5G移动网络和物联网(InternetofThings，简称IoT)是射频及微波行业的两大热点话题。要想在此类无线应用领域取得新的进展，就需要大幅提升数据传输速率，同时还需在源电子扫描阵列(acTIveelectronicallyscannedarrays，简称AESA)、相控阵天线，以及多输入多输出(mulTIple-input-mulTIple-output，简称MIMO)技术等方面取得重大突破。在上述应用的原型设计和制造过程中，缩短时间和降低成本非常重要。借助仿真和App，我们便可以缩短无线通信设计的研发周期。

5G相控阵天线的设计中使用的先进计算资源

正如我们在之前的博客文章中讨论的，要实现5G移动网络的应用，还需要完成许多改进和设计考虑。射频工程师的改进方向之一就是增加天线增益以便为5G的运行提供更高的频率。

用于早期网络的各向同性低增益天线对比用于5G的指向性高增益天线。

5G移动网络的另一个要求是改进相前进技术。此项技术可用于形成辐射式样及引导天线阵波束的方向以控制输入信号，进而解决覆盖角问题。

单极相控天线阵列可以引导电波射向指定的方向。

在设计阶段，一种名为缝耦合微带贴片天线阵列的装置可用于解决此类覆盖角问题。然而，为了开发出使5G无线通信性能的设备，还需考虑许多复杂的设计参数。

在设计实验室中通过实体原型往往难以对一些物理效应(如极端温度变化、结构变形和化学反应)进行评估和施加，然而仿真却能胜任。遗憾的是，并非每位从事设计的工程师都是仿真人员，这就要求无论何时只要天线阵设计或仿真环境发生更改，仿真人员都必须参与到设计过程的每一步。

App开发器通过进一步扩展仿真功能从而解决了此类难题。现在，一个原本复杂又繁琐的射频设计数值模型可以转换为用户友好的交互式工具，无论是人员还是终端用户都能便捷地使用。今天，让我们一起来探讨缝耦合微带贴片天线阵列合成器仿真App，了解它是如何帮助我们优化5G和物联网的相控阵天线设计的。

使用缝耦合微带贴片天线阵列合成器App

有源电子扫描阵列，又称相控天线阵列，通常用于雷达和卫星等军事领域。如今，随着人们对于通信设备数据传输速率要求的不断提高，此类阵列有了新的应用领域——商业应用。在这类设备中，一个简单元件的尺寸就能轻易超过波长的几十倍，这导致仿真设计会占用大量内存。造成的结果是，即使我们仅获取用来评估概念模型的近似值，也要花费相当长的计算时间。更快的原型设计有助于快速分析性能和确定设计参数。

缝耦合微带贴片天线阵列合成器以单个微带贴片天线的全有限元法(finiteelementmethod，简称FEM)模型为基础、在多层低温共烧陶瓷(low-temperaturecofiredceramic，简称LTCC)的基片上制作而成的。设备的初始工作频率为30GHz，辐射图案与整个阵列结构的指向性分析的集成是使用COMSOLMulTIphysics及其强大的后处理功能完成的。App开发器是一种捷径，提供了多种方式来设计和构建用户友好的图形用户界面(graphicaluserinterface，简称GUI)，可将普通数学模型转换为直观的仿真工具。

缝耦合微带贴片天线的俯视图。

App开发器提供了两个创建App的必备工具：表单编辑器和方法编辑器。借助表单编辑器，我们可以向自定义界面添加表单对象，使GUI具备一些简单功能。方法编辑器可协助我们执行比表单对象更的定制功能。在对单个的微带贴片天线进行仿真之后，我们找到了二维天线阵列因子

二维阵列因子与阵列尺寸、相位等差数列和角分辨率等用户输入相对应，它们被应用于单个天线的辐射图案数据(emw.normEfar)。

方法编辑器不仅适用于对预定义的后处理变量进行可视化的简单仿真，也可以实现进一步定制。

用于显示表单对象的主表单的预览。

使用“方法编辑器”创建针对表单对象的自定义操作。

在该App中，有许多可用于测试微带贴片天线阵列设计的设计参数，其中包括：

天线属性

贴片尺寸

基片尺寸

缝隙尺寸

馈线宽度

扩展馈线长度

贴片基片厚度和相对介电常数

馈线基片厚度和相对介电常数

阵列属性

阵列尺寸

相前进

间距

仿真属性

频率

波长

三维坐标绘图分辨率

极坐标绘图分辨率

数组维度、相前进和间距，以及每个单元之间的距离主要用于表征天线阵列辐射图案的形状和方向。角分辨率可提升三维和二维辐射图案的可视化效果。请注意，当天线指向性较高时，较高的分辨率有助于描绘旁瓣。

“缝耦合微带贴片天线阵列合成器”App的图形用户界面。

分析完成后，App将通过S参数(S11)计算得到的单个天线设计参数与用户在运行仿真前的“通过/失败”评判标准进行对比，其是否为参数。App会对每个介电层及金属层上的电场分布进行绘图，并实现了阵列全视图的可视化，让App用户对设计性能产生了更为直观的体验。您还可以选择生成完整的仿真结果以及详细的App使用说明。

仿真App为数值模型的展示提供了无限可能

借助App开发器，您有无限种方法可以将模型转化为自定义工具，但接下来可以做什么呢?您可以通过COMSOLMultiphysics?软件来启动并使用仿真App。只要您已连接至互联网，就能使用常见的网页浏览器运行App，甚至可以通过COMSOLServer?产品将App部署给同事或客户。

在“”中，有更多涉及电气、力学、流体、化学等物理领域的App等待您和研究。这些演示App可以指导您创建自己的实用App。

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