Проектирование и реализация фазированных антенных решеток для устройств управления лучом и устройств MIMO. Часть 2
Для устройств 5G и автомобильных радаров спектр миллиметрового диапазона предлагает преимущество в виде большей ширины полосы, но при этом распространение более высоких частот идет с большим затуханием в свободном пространстве, так как изотропное затухание в свободном пространстве обратно пропорционально второй степени длины волны, что показано на Рис.2.
Кроме того, с уменьшением длин волн физические процессы, такие как дифракция, рассеивание и потери при проникновении в материал, вместе с этими дополнительными потерями от затухания сигнала, значительно усложняют свойства канала миллиметровых диапазонов. Одна из причин выбора решеток заключается в создании направленного луча, который можно изменять (сканировать) электронным способом, что становится необходимым в миллиметровых системах, которые должны преодолевать большие потери в канале.
Факторами, определяющими характеристики канала для 5G связи, являются среда развертывания и конкретное приложение, включая городское микро/макро, внутреннее использование, транзит, межсетевые соединения (D2D), межтранспортные соединения (V2V) и общественные места использования. На требования к антенне оказывает влияние целый ряд пространственных кластеров и компонентов многолучевого распространения, а также пространственная динамика. Если среда представляет собой пространственно-богатый канал, то требования к управлению лучом антенны не столь важны по сравнению с более разреженным каналом, у которого затухание меньше, но который требует значительно лучшего управления лучом.
В итоге проектировщик при разработке оптимальной решетки для конкретного приложения должен учитывать среди других факторов среду развертывания. Для этого инструменты для разработки фазированных решеток должны обеспечивать более быстрый и простой метод выбора опций проектирования, при этом включать точное электромагнитное моделирование и моделирование схем и систем. Этот уровень совместного моделирования необходим для того, чтобы точно собрать данные по диаграммам направленности антенны и взаимодействию между антенной и активными интерфейсными компонентами в питающей сети до создания прототипа.
Эти инструменты для проектирования должны работать на интегрированной платформе, которая поддерживает совместное моделирование, взаимодействие между моделями и свободный доступ к общим данным. Программное обеспечение NI AWR Design Environment предоставляет эту основу для обеспечения всех ключевых аспектов проектирования фазированных решеток, их анализа и оптимизации.
Возможности моделирующих продуктов на этой платформе показаны в Таблице 1 и на Рис.3.
Этот новый процесс проектирования поддерживает спецификацию и разработку систем фазированных антенных решеток с возможностями, описанными ниже:
- Спецификация и синтез решетки/антенны с использованием VSS анализа потенциала линии связи на уровне системы. С этими требованиями проектировщик антенны может синтезировать физическую антенну, используя программу оптимизации и синтеза AntSyn для дальнейшего электромагнитного анализа и разработки.
- Электромагнитный анализ разработок проводится в программе AntSyn. Эти разработки можно экспортировать в различные форматы для ЭМ анализа, который обеспечивает диаграмму направленности, которая используется Мастером создания фазированных решеток для анализа производительности решетки. ЭМ анализ также используется для проверки эффективности всей решетки на основе физической информации о конфигурации решетки, определенной в мастере.
- Создание диаграмм направленности с помощью электромагнитного анализа и соединения элемента решетки с диаграммой направленности. Для проведения ЭМ анализа отдельных излучающих элементов используются симуляторы AXIEM или Analyst, физическая структура может быть импортирована в редактор ЭМ анализа и проанализирована. Эти симуляторы также поддерживают создание файлов данных диаграмм направленности в том же формате, что и Мастер по фазированным решеткам.
- Оптимизация диаграмм направленности отдельных элементов. Можно определить размер решетки, форму, зазор между элементами, группировку элементов и детали питающей сети.
- Создание системного представления иерархической структуры системы или схемы. Автоматизация, встроенная в VSS Мастер создания фазированных решеток, может использоваться для создания файлов данных решетки, схемы системы (испытательный стенд) и принципиальной схемы ЭМ структуры.
- Проверка решетки и оценка производительности с помощью ЭМ анализа. Можно проанализировать решетку с питанием на системном уровне и включить детали на уровне схемы для большей точности с помощью Microwave Office, AXIEM, Analyst, и/или сторонней программы ЭМ анализа.
Источник: vertassets.blob.core.windows.net
