5g微带阵列天线仿真设计
基于ADS的微带天线的设计及仿真
基于ADS的微带天线的设计与仿真The design and simulation of PIFA based on ADS王伟堃（Wang Weikun）06250109计算机与通信学院本科生毕业设计说明书基于ADS的微带天线的设计与仿真作者：王伟堃学号：06250109专业：通信工程班级：06级通信工程（1）班指导教师：侯亮答辩时间：2010年6月15日平面倒F天线(PIFA,Planar Inverted F Antenna)主要应用在手机终端中，由于其体积小、重量轻、成本低、性能好，符合当前无线终端对天线的要求，因而得到广泛的应用，进行了许多研究工作。
先进设计系统(Advanced Design System)，简称ADS，是安捷伦科技(Agilent)为适应竞争形势，为了高效的进行产品研发生产，而设计开发的一款EDA软件。
软件迅速成为工业设计领域EDA软件的佼佼者，因其强大的功能、丰富的模板支持和高效准确的仿真能力（尤其在射频微波领域），而得到了广大IC设计工作者的支持。
ADS可以模拟整个信号通路，完成从电路到系统的各级仿真。
它把广泛的经过验证的射频、混合信号和电磁设计工具集成到一个灵活的环境中，包括从原理图到PCB 板图的各级仿真，当任何一级仿真结果不理想时，都可以回到原理图中重新进行优化，并进行再次仿真，直到仿真结果满意为止，保证了实际电路与仿真电路的一致性。
本设计通过ADS软件对微带天线进行设计，设计了平面倒F天线，即PIFA天线的设计以及利用Hilbert分型结构对天线小型化设计。
论文主要包括：PIFA天线的介绍，ADS软件的使用，PIFA天线的设计以及仿真，优化及结果分析等容。
论文结构安排如下：第一章绪论；第二章FIFA天线原理及介绍；第三章ADS软件的使用；第四章PIFA天线的设计；第五章仿真优化及结果分析。
第一章介绍了本设计要解决的问题，提出了用ADS软件设计PIFA天线。
《2024年应用于5G频段的相控阵列天线的设计》范文
《应用于5G频段的相控阵列天线的设计》篇一一、引言随着5G通信技术的快速发展，对无线通信系统的性能要求越来越高。
相控阵列天线作为一种能够实现波束成形和波束扫描的先进技术，在5G通信系统中得到了广泛的应用。
本文将介绍一种应用于5G频段的相控阵列天线的设计方法，以提升通信系统的性能。
二、设计需求分析在5G通信系统中，相控阵列天线需要满足高数据传输速率、低时延、高可靠性等要求。
因此，在设计相控阵列天线时，需要充分考虑以下几点：1. 工作频段：5G通信系统采用的工作频段主要为Sub-6GHz 和毫米波频段，设计时应根据实际需求选择合适的频段。
2. 波束成形与扫描：相控阵列天线应具备波束成形和波束扫描功能，以满足不同场景下的通信需求。
3. 辐射性能：天线的辐射性能直接影响到通信系统的性能，因此需要优化天线的增益、半功率波束宽度等参数。
4. 制造工艺与成本：设计应考虑制造工艺的可行性及成本因素，以便实现大规模生产和应用。
三、相控阵列天线原理及技术方案相控阵列天线是通过改变各个阵元间的相位差来控制波束的方向。
根据这一原理，我们可以采用以下技术方案：1. 阵列结构：选择合适的阵列结构，如线阵、面阵等，以满足5G通信系统的需求。
2. 阵元设计：设计具有低损耗、高效率的阵元，如微带贴片、偶极子等。
3. 移相器：采用低损耗、高精度的移相器，实现各个阵元间相位差的精确控制。
4. 控制算法：采用先进的波束成形和波束扫描算法，以实现最佳的波束性能。
四、具体设计步骤1. 根据设计需求选择合适的频段和阵列结构。
2. 设计阵元及移相器，确保其具有低损耗、高效率的特性。
3. 采用仿真软件对天线进行仿真分析，优化天线的增益、半功率波束宽度等参数。
4. 根据仿真结果制作天线样品并进行实际测试，验证设计的可行性和性能。
5. 根据测试结果对天线进行优化和调整，以达到最佳的波束性能和制造工艺的可行性。
五、总结与展望本文介绍了一种应用于5G频段的相控阵列天线的设计方法，从设计需求分析到具体的设计步骤进行了详细的阐述。
《应用于5G频段的相控阵列天线的设计》范文
《应用于5G频段的相控阵列天线的设计》篇一一、引言随着5G通信技术的快速发展，相控阵列天线作为其关键技术之一，正逐渐成为无线通信领域的研究热点。
相控阵列天线通过调整阵列中每个天线单元的相位，实现对波束的精确控制，从而满足不同场景下的通信需求。
本文将详细介绍应用于5G频段的相控阵列天线的设计。
二、设计要求与目标在设计5G频段的相控阵列天线时，需要满足以下要求：1. 频率覆盖范围：确保天线在5G频段内具有较好的性能，包括工作频率、带宽等。
2. 波束控制：通过调整天线单元的相位，实现对波束的精确控制，满足不同场景下的通信需求。
3. 辐射性能：保证天线具有较高的增益、较低的旁瓣电平和良好的极化特性。
4. 制造工艺：考虑制造工艺的可行性，以便于大规模生产和降低成本。
根据上述要求，我们的设计目标是为5G通信系统提供一个高性能、低成本的相控阵列天线，以满足不同场景下的通信需求。
三、设计思路与方案针对5G频段的相控阵列天线设计，我们采用以下方案：1. 确定天线阵列的布局和结构，包括阵列类型（如线阵、面阵等）和天线单元的排列方式。
2. 选择合适的材料和制造工艺，以确保天线的性能和成本效益。
3. 设计并优化天线的相位控制系统，实现对波束的精确控制。
4. 通过仿真和实验验证天线的性能，包括工作频率、增益、旁瓣电平等。
在《应用于5G频段的相控阵列天线的设计》篇二一、引言随着通信技术的不断发展，第五代移动通信（5G）技术已经成为现代社会的核心基础设施之一。
而作为5G通信系统中关键组件的相控阵列天线，其设计显得尤为重要。
相控阵列天线因其具备的高增益、高灵活性以及优秀的波束赋形能力，能够满足5G 系统对于大容量、低时延和高可靠性的需求。
本文将详细介绍应用于5G频段的相控阵列天线的设计过程和关键技术。
二、相控阵列天线的基本原理相控阵列天线是一种通过控制多个辐射单元的相位和幅度来实现波束赋形的天线。
其基本原理是利用阵列中各个辐射单元的相位差来控制波束的指向，从而实现波束的扫描和赋形。
基于微带阵列的天线设计与仿真
Ｇ ａｇｈｕＧ ａｇｏｇ５０ ４ ，Ｃ ｉａ ｕｎｚｏ ｕｎｄｎ ６ １ ｈ ） １ ｎ
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ：ｎ ｏ ｄ ｒ ｏｒ ａ ｈ ｔ ｅｈ ｇ ａｎ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｅ ｇ ｎ ｒ ｌ ｓ ｅ ａ ｒｙ ａ ｔｎ ａ ｕ ｈ ａ ｉ ｏ ａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｅ ｃ ｉｈ ｇ ｉ ｅｆ ｍａ ｃ ，ｗ ｅ ｅａ ｙｕ ｅ ｔ ｒａ ｎｅ ｎ ．Ｂ ｔ ｅｔ ｄ ｔ ｎ ｌａ － ｔ ｈ ｏ ｌ ｈ ｔ ｒ ｉ ｒｙ ａ ｔ ｎ ａ ｃ ｎ ｏ ｅ ｉｈ ｒｇ ｉ ｆ ｒｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ａ ｄ ｔｅ ｂ ｎ ｗ ｄ ｈ ｉ ｎ ｒｏ ｎ ｅ ｓｚ ｏ ｒ ｅ ｈｓ ｐ — ａ ｎ ｅ ｎ ａ ｎ ｔｇ ｔａｈ ｇ ｅ ａ ｎ ａｔ ｐ ｉ ａｉ ｈ ａ ｄ ｉ ｔ ｓ ａ ｒｗ ａ ｄ ｔ ｉｅ ｉ ｔｏ ｌ ｇ ．Ｔ ｉ ａ ｅ ｍｉ ｏ ｎ ｈ ｓ ａ
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5G移动通信小型化天线阵列应用研究
5G移动通信小型化天线阵列应用研究摘要：提出了一种适用于第五代(5G)无线通信的宽带小型天线阵列封装设计方案。
本文提出的天线采用单极子锥形辐射器设计，使天线尺寸小型化、带宽扩展、馈电网络简化。
提议的 AiP 设计是足够宽带覆盖所有3个5G 新无线电波段同时。
采用高精度、高分辨率的多层玻璃封装制作方法，并采用新型低损耗聚合物涂层实现电路。
工作频带为24.25ー40GHz，分数带宽为49%。
天线单元总体尺寸为3.05mm×5.56mm，等于0.25λ0×0.45λ。
测得的S11在整个带内小于-10db，增益大于4dbi。
利用所提出的单元还演示了一个在整个带内增益大于6.2dBi的二乘一阵列。
与以前的工作相比，拟议的AiP设计可以涵盖所有5G频段具有竞争力的规模。
因此，它适合应用于大规模阵列，易于集成到封装中，以实现紧凑的封装系统应用，同时解决当前众多的5G挑战，包括毫米波(毫米波)路径损耗和传输损耗。
关键词：5G移动通信小型化天线阵列设计与应用引言随着新5G无线通信技术的发布，出现了许多机遇和挑战。
毫米波(mm波)频率的采用和更宽的频谱为5G通信提供了更高的数据速率、更低的端到端延迟以及同时连接更多用户的能力。
这些优势被用来推动新兴技术的发展，包括自动驾驶和物联网。
然而，高的空中路径损耗和高的传输损耗在毫米波范围内的电路板仍然是巨大的挑战。
在毫米波频段设计用于5G实现的半导体电路提出了许多独特的挑战，特别是因为毫米波频段的电磁波传播特性与射频低频段的传播特性有很大不同。
CMOS有源元件和无源元件在如此高的频率下的行为也是相当不同的。
1.5G移动通信小型化天线阵列概述5G 无线标准涵盖不同频带的频谱(特许、共用及无牌) : 低频带(< 1GHz)、中频带(1-6GHz)及高频带/毫米波(> 24GHz) 这些无线标准对射频前端提出了非常严格的要求。
在5G 前端最关键和最具挑战性的设计块是 LNA 。
5G阵列天线设计
5G阵列天线设计5G——第五代无线通信技术，作为全球性的暴热话题已经是不争的事实。
如众多专家所述，该技术将带来更低时延、更快速率的数据通信，并将导致互联设备的爆发式增长。
5G网络的更大带宽需求，要求必须彻底重新设计天线阵列，从单元到阵列，到馈电网络，到全模型验证和应用场景评估，都需要做完善的精细化仿真和优化设计。
通过ANSYS HFSS的帮助，只需八个步骤，就能轻松完成5G天线阵列的设计和综合验证。
更方便的是，HFSS还能帮助工程师优化各项天线性能指标，如：增益— 最强的信号辐射方向。
波束控制— 能够将信号辐射控制在某个方向上。
回波损耗— 从天线反射回来的回波能量。
旁瓣电平— 不需要的信号辐射方向。
设计流程结束后，获得的阵列天线聚焦增益更高、回波损耗及旁瓣电平最低，而且方向可控制。
第1步：通过HFSS天线工具箱（ATK）找到天线单元模板5G天线阵列设计的第1步是通过HFSS天线工具箱（ATK）找到合适的天线单元模板。
该天线单元将定义一个最终用于复制成一系列天线（天线阵列）中的相同部分。
先从天线工具箱（ATK）的库中选择一个天线类型，然后输入工作频率及天线基板属性。
数秒后，天线工具箱（ATK）将生成天线单元的初始几何结构。
然后，HFSS 还可计算天线单元的增益及回波损耗等指标特性。
第2步：将天线单元代入天线阵列有了天线单元后，工程师就可将其代入一个周期阵列中。
把单元代入一系列复制设计中，有助于提高增益。
在第一步中，天线单元是自行评估的。
现在可使用无限大天线阵列的周期单元重复评估这一过程。
很容易理解，阵列内其它天线的距离会影响增益、回波损耗、旁瓣回波及波束控制等特性。
当然，也可通过调整天线方位来优化这些特性。
选定最佳阵列方位后，可通过定义阵因子，将无限大阵列改为理想化的有限大阵列。
本例中仿真了一个16x16的正方形天线阵列。
第3步：使用域分解方法设计有限大天线阵列设计天线阵列需要的不是理想化模型，因此，下一步是构建真实仿真，以便更好地理解各天线单元相互作用以及与阵列边缘相互作用的方式。
5G大规模移动通信阵列天线高效仿真
4G 与5G5G 大规模移动通信阵列天线高效仿真高峰，和凯，朱文涛，王丽芳（中国移动通信集团设计院有限公司，北京100080）摘要：在4G 移动通信技术成功商用的经验和基础上，国内外均在积极展开5G 移动通信相关研究。
大规模MIMO 技术作为5G 移动通信的关键技术，能够大幅提升系统容量和频谱利用率、降低干扰、增强覆盖，已成为移动通信研究的热点。
为了实现大规模MIMO 技术的应用，需采用大规模阵列天线来完成无线信号的发射和接收。
由于5G 大规模阵列天线结构复杂、阵子数目多、天线互耦及相关性影响较大、天线工作频率较高，其建模、仿真、分析难度巨大。
针对这些技术难题展开研究，设计了一种高效的仿真方法和平台，实现了大规模阵列天线的快速建模、高效仿真及评估优化。
关键词：5G ；大规模MIMO ；大规模阵列天线；高效仿真中图分类号：TN929文献标识码：Adoi:10.11959/j.issn.1000-0801.2016359Efficient simulation of 5G large -scale mobile communication array antennaGAO Feng,HE Kai,ZHU Wentao,WANG LifangChina Mobile Group Design Institute Co.,Ltd.,Beijing 100080,ChinaAbstract:On the basis of commercial experience and success of 4G mobile communication technology,both home and abroad are actively participated in the fifth generation of mobile communication related rge -scale MIMO technology as the key part of 5G mobile communication technology,can significantly improve system capacity and spectrum efficiency,reduce interference,enhance coverage,has become the hot topics in the study of mobile communication.In order to realize the application of massive MIMO,large -scale antenna array was used to complete the wireless signal transmitting and receiving.Due to the complexity of 5G large -scale antenna array structure,large number of days,greater influence on the antenna mutual coupling and correlation,higher antenna working frequency,the modeling,simulation,analysis of lage -scale antenna array are difficult.To solve these technical problems,an efficient simulation method and platform were designed,the mass rapid modeling,efficient simulation and assessment of the antenna array optimization had realized.Key words:5G,large -scale MIMO,large -scale array antenna,efficient simulation收稿日期：2016-09-20；修回日期：2016-12-151引言随着当代无线移动通信技术发展的日新月异，全球4G无线移动通信设施正密锣紧鼓地部署，而5G 无线移动通信技术的研究与开发早已悄然开启。
《2024年应用于5G频段的相控阵列天线的设计》范文
《应用于5G频段的相控阵列天线的设计》篇一一、引言随着第五代移动通信（5G）技术的迅速发展，频谱效率的持续提高及更大带宽和低时延需求的出现，传统天线技术已经难以满足新的网络要求。
为了更好地实现高速无线数据传输和系统升级的需求，相控阵列天线以其高效、灵活的波束赋形和调整能力，逐渐成为5G网络的关键技术之一。
本文将探讨应用于5G频段的相控阵列天线的设计原理及实现方法。
二、相控阵列天线的基本原理相控阵列天线是一种通过调整各阵元信号的相位差来控制波束方向的天线阵列。
其基本原理是利用阵列中各元素的相位差来改变波束的指向，实现波束的扫描和赋形。
通过改变阵列中各元素的相位和幅度，可以控制波束的方向、形状和增益等参数，从而满足不同的应用需求。
三、5G频段相控阵列天线的设计1. 阵列结构的选择在5G频段相控阵列天线的设计中，阵列结构的选择是关键的一步。
常见的阵列结构包括线阵、面阵等。
线阵适用于小范围、高精度的应用场景，而面阵则适用于大范围、高容量的应用场景。
考虑到5G网络的覆盖范围和容量需求，我们选择面阵作为主要的阵列结构。
2. 阵元的选择与布局在相控阵列天线中，阵元的选择与布局对天线的性能有着重要影响。
为了满足5G频段的传输需求，我们选择具有高效率、低损耗的阵元类型，并采用紧凑的布局方式以减小整体尺寸。
同时，为了确保天线的辐射性能和稳定性，我们还需要对阵元间的间距进行优化设计。
3. 波束赋形与调整通过调整各阵元的相位和幅度，可以实现对波束的赋形和调整。
在5G频段相控阵列天线的设计中，我们采用了先进的算法来优化波束赋形过程，使其更加高效和灵活。
同时，我们还需要考虑天线的抗干扰能力、增益等参数，以满足不同的应用需求。
四、设计实现与测试在完成相控阵列天线的设计后，我们需要进行实现与测试环节。
首先，根据设计要求制作出实物模型，然后进行实验室测试和现场试验。
在测试过程中，我们需要对天线的辐射性能、增益、抗干扰能力等参数进行全面评估，以确保其满足5G网络的应用需求。
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要求：利用介质常数为2.2，厚度为1mm ，损耗角为0.0009的介质，设计一个工作在5G 的4X4的天线阵列。
评分标准： 良：带宽〈7%
优：带宽〉7%且效率大于60%
1微带辐射贴片尺寸估算
设计微带天线的第一步是选择合适的介质基板，假设介质的介电常数为r ε，对于工作频率f 的矩形微带天线，可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽度W ，即为：
1
21()2
r c w f ε-+=
式中，c 是光速，辐射贴片的长度一般取为/2e λ；这里e λ是介质内的导波
波长，即为：
e λ=
考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度L 应为：
2L L =
-∆
式中，e ε是有效介电常数，L ∆是等效辐射缝隙长度。
它们可以分别用下式计算，即为：
1
211
(112)22r r e h w
εεε-+-=
++ (0.3)(/0.264)
0.412(0.258)(/0.8)
e e w h L h
w h εε++∆=-+
2.单元的仿真
由所给要求以及上述公式计算得辐射贴片的长度L=19.15mm,W=23.72mm 。
采用非辐射边馈电方式，模型如图1所示：
图1 单元模型
此种馈电方式，可以通过移动馈电的位置获得阻抗匹配，设馈电点距离上宽边的偏移量为dx,经仿真得到当dx=4mm 时，阻抗匹配最好。
另外，之前计算出的尺寸得到的谐振点略有偏移，经过仿真优化后贴片尺寸变为L=19mm,W=23.72mm 。
仿真结果图如图2，图3所示。
3.50
4.00 4.50
5.00 5.50
6.00 6.50
Freq [GHz]
-30.00
-25.00
-20.00
-15.00
-10.00
-5.00
0.00d B (S (1,1))
HFSSDesign1
XY Plot 1
ANSOFT
m 1
m 2
m 3
Curve Info
dB(S(1,1))
Setup1 : Sw eep
Name X
Y
m 1 4.9500-10.3381
m 2 5.0600-10.1725m 3
5.0000-2
6.9508
图2 S11参数
-200.00
-150.00-100.00-50.00
0.0050.00100.00150.00200.00
Theta [deg]
-20.00
-15.00
-10.00
-5.00
0.00
5.00
10.00
d B (G a i n T o t a l )
HFSSDesign1
XY Plot 2
Curve Info
dB(GainTotal)Setup1 : LastAdaptive Freq='5GHz' P hi='0deg'
dB(GainTotal)Setup1 : LastAdaptive Freq='5GHz' P hi='90deg'
图3 增益图
从图中可以看出谐振点为5GHz ，计算的相对带宽为2.2%，增益为5.78dB 。
2. 2×2阵列设计
设计馈电网络并组阵，模型图如图4所示。
图4 2×2微带天线阵列
图 5 S11参数
由S11参数可以看到2×2阵列天线谐振点为5GHz，且此时的S11=-19dB，说明反射损耗小，匹配良好。
相对带宽约为2.8%。
-28.00
-16.00-4.00
8.009060
30
-30
-60
-90
-120-150
-180
150
120
HFSSDesign1
Radiation Pattern 2
ANSOFT
Curve Info
dB(GainTotal)Setup1 : LastAdaptive Freq='5GHz' P hi='0deg'
dB(GainTotal)Setup1 : LastAdaptive Freq='5GHz' P hi='90deg'
图 6 方向图
由方向图可以看出2×2阵列天线的增益为13.96dB,第一副瓣电平为-10.6dB ，可知组阵能使天线的增益变高。
3. 4×4阵列天线
天线阵列如图7所示：
图7 4×4阵列天线
图8 S11参数
图9 方向图
由S11参数图可以看到谐振点在5GHz，反射损耗较小，带宽约为2%。
由方向图可以看到增益约为19.96dB，第一副瓣电平为-11.79dB。
4. 结论
本文先设计了一个非辐射边馈电的微带贴片天线，然后设计了一个2*2的阵列天线，最后设计了4*4的阵列天线。
仿真结果显示该天线的带宽约为2%，增益为19.96dB,第一副瓣电平为-11.79dB，经计算可得该天线的效率约为35.46%。