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ANSYS加速实现5G通讯暨高频天线设计研讨会

ANSYS台湾区总经理李祥宇表示,「针对5G高频天线设计模拟,ANSYS推出的HFSS模拟工具可以大幅缩减设计时间。」

克服高频天线设计挑战 迎接5G时代来临

迎接5G时代来临,许多相关应用蓄势待发,然而举凡自驾车、物联网等诉求高速传输的应用,对于5G技术的要求已从6GHz以下进展至运行于28GHz~77GHz频段的毫米波(mmWave)通讯,这就形成了高频天线设计的严苛挑战,相关模拟软件扮演的角色益发重要。

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ANSYS产品经理Matt Commens揭露HFSS工具的模拟技术。

ANSYS工程师林鸣志介绍 ANSYS HFSS SBR+,可解决天线设计上所遇到的问题。

更高效能的射频系统设计,也就代表需要更小的物理尺寸、更短的波长及更高的灵敏度,且由于「失之毫厘,差之千里」,对于线路的粗细、厚薄更是「锱铢必较」,其它设计难关还包括频率越高带来越多损耗、温度影响更为明显,以及有更多新材料需进行测试等,其中任一个环节出错都会导致设计时间不断延长,进而影响市场商机的争取。

模拟工具良莠 左右研发周期长短

对于5G应用业者而言,模拟工具的良莠直接影响产品开发周期、研发费用,乃至后续的市场竞争力。为解决天线设计工程师的困扰,致力于模拟软件及技术开发的ANSYS公司于日前举办「加速实现5G通讯暨高频天线设计研讨会」,该公司台湾区总经理李祥宇表示,「针对5G高频天线设计模拟,ANSYS推出的HFSS模拟工具可以大幅缩减设计时间。」ANSYS提供从概念设计到最终产品测试的完整模拟方案,已广泛应用于全球产业,协助工程师以快速、高效和合理成本完成产品设计开发。

HFSS模拟工具如何有效协助5G高频天线及相关应用的设计工程师顺利完成任务?ANSYS的HFSS软件首席产品经理Matt Commens博士指出,为了满足更多样化的应用情境,5G标准导入了许多新的射频通讯技术,包括更复杂的天线阵列及毫米波(mmWave)等,面对这些新技术所造成的系统设计复杂度及全新的设计架构需求,HFSS模拟工具的集成性可协助工程师克服挑战。

Matt Commens说明HFSS的特色在于集成了ANSYS的热、结构及流体力学工具,能提供电子元件完整的物理场分析,此外,HFSS具有强大的自动化自我调整网格加密功能,并能藉由高效能运算(HPC)加速技术获得最佳的精确度。

具体而言,针对天线、RF微波元件、高速互连、连接器、IC封装和 PCB的设计需求,ANSYS HFSS工具可以计算各种微波和RF,并藉由3D全波精度的模拟技术实现 RF和高速设计,透过高级电磁场求解器和高效谐波平衡和瞬态电路求解器之间的动态连结,加速反复运算和物理原型制作流程。Matt Commens特别提到,利用ANSYS HFSS设计基地台阵列天线,时间甚至可从6小时缩减至 2.75小时。

进阶功能强大 解决天线设计难题

ANSYS工程师林鸣志则介绍 ANSYS HFSS SBR+,这是一款进阶的天线效能模拟软件,可以提供更有效率的算法,金属边缘绕射计算及模拟也不是问题,他强调,过去许多被认为规模太大而无法求解的问题,利用HFSS SBR+就能加以解决。利用HFSS SBR+可分析各种平台上已安装天线的效能,这些平台上的波长规模甚至高达数千级。

HFSS SBR+采用渐近式射线追踪法,提供高效准确的计算解决方案,且具有高速和高扩展性等特性。具体而言,此方案可计算预测安装辐射模式、Tx/Rx天线对之间的耦合、空间E & H场分布(近场)、入射场、散射场和总场、共面极化与交叉极化的辐射散射等。

跨越天线技术门槛 加速实现5G应用

此次研讨会并特别邀请国立中山大学翁金辂教授分享其5G天线研究成果。翁金辂指出,传统单天线设计讯号为SISO (单输入单输出系统),运算较为简单,而技术进展至MIMO (多输入多输出)的8天线及12天线设计,运算复杂度高出许多,需要在讯号相互混杂的情况下重新排列出正确讯号。

此外,要在有限空间内放入多个天线,这是另一巨大挑战。传统理论认为两个天线需间距0.5波长,才能明显降低干扰,但翁金辂研发团队证明可成功将两个天线之最小间距压缩在0.05波长内。翁金辂团队并成功开发MIMO量测平台,确立手机多天线应用的可行性。

为了加速5G应用进程,产学研界无不积极投入研发力量。DIGITIMES吴伯轩分析师针对5G产业的应用和挑战分析指出,从2G到5G,通讯标准逐渐收敛,因此不同于其它的通讯技术世代,5G网络不存在标准差异问题,应用差异化才是重点,而eMBB、MMTC、URLLC是受到期待的三大应用场景,尤其是URLLC 更被视为杀手级应用。一般预估5G网络规模商用将于2020年达成,届时包括全像投影通话(Holographic calling)在内的创新应用都将可望实现。

5G商转在即,相关商机迎面而来。拜5G技术进展所赐,物联网、ADAS、高频通讯等相关产品前景备受期待,然而在此同时,高频天线设计的技术挑战也更为严苛,如何透过高频天线设计模拟工具来提高天线设计的精确度、降低通讯系统间的干扰,并且加速产品量产上市的时程,将成为业者是否能够掌握这一波庞大商机的胜出关键。

继此次成功举办研讨会后,ANSYS后续将在5月举行一系列高频天线设计工作坊,进一步协助工程师熟悉HFSS模拟工具的使用,以顺利解决高频天线及相关产品设计的种种难题,进而加速产品开发速度,领先掌握5G市场商机。

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