Sub-6G 和毫米波技术打破了 5G 天线设计
来源：www.allaboutcircuits.com
作者： Adrian Gibbons
【射频学堂】翻译整理
具有有限带宽聚合的固定频段（如 AM、FM 或早期蜂窝网络）不需要对天线耦合进行任何类型的主动控制。
但5G不一样。
克服与 5G 通信相关的天线挑战需要创新、模拟和对基本射频原理的更深入了解。希望解决这些挑战的公司可能会转向多种天线解决方案。
虽然一些公司正在专注于用于 sub-6G 的高性能天线（如天线和射频开发商 Antenova），但其他公司正在处理 5G 毫米波频段。例如，毫米波解决方案提供商 TMYTEK 专注于 新型封装天线 (AiP) 设计。或者，卫星先驱 C-Com Satellite Systems 正在生产 用于 Ka 波段的 1024 单元相控阵天线。
这些 5G 天线开发商面临哪些设计挑战？
5G 天线设计的挑战
对于初学者来说，速度更快，这需要更宽的带宽。
sub-6G 的 5G 工作频段范围可以从 ~600 MHz（New Radio 71）到超过 5000 MHz（New Radio 79）。由于每个无线电频段的总带宽各不相同，载波聚合将允许一些带宽灵活性。
然后，除了 4G LTE、蓝牙、Wi-Fi 和 GPS 之外，设计人员还必须处理用户设备 (UE) 上天线与 5G 频率范围（即 sub-6G 和 Ka 频段）的共存问题。
最后，RF 的物理介质在 5G 性能中扮演着重要的角色。通过吸收和散射造成的信号损失，尤其是在毫米波频率下，会破坏设计人员的射频链路预算。
面向 5G 未来的有源天线解决方案
尽管 5G 天线设计面临挑战，但今天仍有适用于 sub-6G 和未来毫米波的解决方案。有源天线就是这样一种解决方案。
多路复用器匹配网络是克服许多无线电频段困难的一种可能的创新。另一种可能性是天线的直接孔径调谐 (PDF) 以改变耦合频率。
Sub-6G 天线技术是现有方法的延伸。但是，毫米波技术将需要不同的方法。
用相控阵克服毫米波信号衰落
理想的 4G LTE 天线几乎是各向同性的，并且无论用户如何握持手机，都表现良好。不幸的是，这对于毫米波 RF 信号是不可能的，因为信号衰落可能会非常严重，而且系统需要为基站和 UE 使用高增益天线
波束成形技术是生成高增益天线的关键解决方案之一。建设性地生成高度定向（高增益）天线方向图的能力，尤其是电子可控方向图，对于可行的 RF 链路预算至关重要。
C-Com Satellite Systems 最近公布了其最新的电子可控 Ka 波段平板相控阵的良好测试结果。据 C-COM Satellite Systems 总裁兼首席执行官 Leslie Klein 博士称，这些模块化面板据称将从目前占天线市场的 1% 增长到 2030 年的 15%。
什么是封装天线？
设计人员必须摆脱空气并深入到电路板级别来处理信号损失。在 PCB 上，损耗与频率的增加成正比，无法容纳到天线的长走线。AiP 技术可以通过将天线结构直接集成在带有无线电前端的封装上来解决这些损失。
AiP 技术有几个设计考虑因素需要考虑，例如天线类型、信号馈送、芯片组（波束成形、混合、控制器）、过滤和散热。
5G 天线设计带来了许多既令人生畏又令人兴奋的设计挑战。利用具有创新无线电前端设计的基本设计原则将是实时 5G 未来的关键。
