双波段毫米波天线的仿真

5G天线仿真

对移动通信的高速需求正在迅速增长。由于智能手持设备的出现，移动数据量多年来呈爆炸式增长，这些设备支持多媒体和交互式游戏等宽带无线应用。为了满足这些需求，第五代（5G）天线的研发已经在进行中。本文介绍了HFWorks中的工作流程和仿真功能，使天线工程师能够设想和设计第五代移动天线。本文介绍了双波段毫米波天线的仿真。

Solidworks 5G天线模型

图 1 -用于 5G 应用的双频天线 3D 模型

图 1 显示了由方形贴片组成的天线，该贴片包括靠近贴片边缘的 L 形槽。这种布置增加了电容和电感效应，从而产生了两个不同且理想的谐振毫米波频率：28 GHz 和 38 GHz。天线使用 RT/Duroid 进行仿真，相对介电常数为 2.2，介电损耗角正切为 0.0009。该结构用 0.2 毫米宽的微带馈线激发，以获得 100 欧姆的阻抗。可以使用ATLASS计算本示例中的结构的电气参数［1］。天线的几何参数（L1、L2、t1、t2、t3、t4、t5、Lf、Wf 和 Df）在文件中定义，并作为方程式导入 SolidWorks 以促进参数化工作流程。图 2 显示了天线的主要尺寸。

图2 毫米波贴片天线主要几何参数示意图（俯视图和侧视图）

5G天线的S参数

图 3 显示了使用 HFWorks 仿真的贴片天线的 S 参数结果和测量结果 ［2］。谐振频率分别为 27.375GHz，反射系数为 -29.87dB 和 37.125GHz，反射系数为 -16.39dB。

图 3-a

图3-b

图 3 -毫米波天线的回波损耗 （a） 测量结果，（b） 使用 HFWorks 的模拟结果

5G天线增益

远场模拟显示了模型周围远离结构的场分布。图 4 （a） 显示了在 27.375 GHz 的第一谐振频率下 3D 格式的增益模式，图 4 （b） 显示了 2D 格式的相同增益模式。

图 4-a

图 4-b

图 4 - （a） 27.375GHz 时增益模式的 3D 图，（b） 27.375GHz 时增益模式的 2D 图

结论

在本文中，使用 HFWorks 模拟了用于 5G 应用的毫米波天线，并与测量数据进行了比较 ［2］。发现谐振频率为 27.375GHz 和 37.125GHz。各种图表显示了 HFWorks 获得的测量结果和模拟结果之间的良好一致性。