带波束切换功能的毫米波低成本3D打印5G MIMO天线

   日期:2020-04-06     来源:3d打印网    作者:佚名    浏览:238    评论:0    

根据中国信息通信研究院测算:预计5G在2020-2025年,将拉动中国数字经济增长15.2万亿元,5G与人工智能、大数据等ICT新技术融合发展,将推动数字经济生产组织方式、资源配置效率、管理服务模式深刻变革。

市场研究机构IDC预测:到2022年,5G将促进混合现实、自主景观和基于边缘的生态系统的创造,这将推动中国数字经济25%的社会经济增长,到2023年1/3的智慧城市场景将被5G影响。

5G_1

block 5G撬动新时代

基于阵列式的多入多出(MIMO)技术使基站天线数量成倍增加,远远超过了移动终端使用的天线,从而大幅提高通信频谱效率。MIMO技术是5G通信中比较重要的技术,根据mino技术的相关要求,5G移动通信的天线应具有高增益、小型化、宽频段及高隔离度等技术特征,以满足5G通信的高传输速率、波束智能赋形、波束能量聚集等功能。

MIMO天线有时被称作空间多样,因为它使用多空间通道传送和接收数据,利用MIMO技术可以提高信道的容量。5G基站的天线小型化有利于阵列天线的安装部署。频段升高,基站数量增加也必将加强有源一体化天线的普及趋势,一体化基站子系统将会被广泛地应用。

英国大学开发了适用于5G和毫米波(mm-wave)应用的低成本多输入多输出(MIMO)天线的设计和原型。这种MIMO天线通过3D打印技术制造,能够在多个方向上传送光束,从而在不使用移相器的情况下,在高达∓30°的高度上提供连续和实时的覆盖范围。

5G_2

图片来源:mm-Wave_Low_Cost_3D_Printed_MIMO_Antennas

这为MIMO提供了优越的优势,是一种有吸引力的低成本技术,这种3D打印的MIMO天线适合在28 GHz 5G频段上工作,宽带宽性能超过4 GHz,并且在仰角平面内的波束切换能力高达∓30°。通过将具有不同高度的3D打印壁引入3D打印辐射天线一侧,可以在整个带宽上控制MIMO中单元素天线的主波束方向。与所有其他可用的光束转向技术不同,这种不同高度的壁不仅能够改变天线波束的方向,而且能够在整个带宽上同时增益总体方向性。 根据赛迪顾问总裁孙会峰,从产业推动要素来看,拉动5G产出增长的动力随着5G商用进程的深化而相继转换:在5G商用初期,运营商大规模开展网络建设,5G网络设备投资带来的设备制造商收入将成为5G直接经济产出的主要来源,预计2020年网络设备和终端设备收入合计约4500亿元,运营商在5G网络设备上的投资将超过2200亿元;5G商用持续推进,互联网企业与5G相关的信息服务收入增长显著,成为直接产出的主要来源,5G设备的支出将稳步增长,预计2030年互联网信息服务收入达到2.6万亿元,各领域在5G设备上的支出将超过5200亿元。

5G_Saidi_Table

图片来源:赛迪

5G领域的半导体、滤波器、天线是国内5G基站建设技术竞争的一大赛道。3D打印天线方面,此前,特拉华大学(UDEL)通过XJet的Carmel 1400 增材制造系统3D打印了陶瓷天线。据称,Carmel 1400 AM系统非常适合生产小巧、轻便且经济高效的5G天线。

5G_Xjet_Video Cover

视频:Xjet公司CEO Dror Danai介绍陶瓷5G天线3D打印技术

一般来说,推出5G网络一直是一项挑战,因为它的信号比3G或4G网络对干扰更敏感。这意味着为了实现更快的5G网络,需要更多的天线来维持连接。而现有天线  昂贵,是5G网络扩展的一个很大的障碍。

因此,3D打印更便宜但性能更高的天线,这可能会改变游戏规则。UDEL的研究小组还开发了一种用于设计5G天线的专用软件,然而其设计的复杂性和严格的材料特性使得研究小组发现制造是另外一项挑战,最后通过XJet独特的NPJ技术为团队面临的挑战提供了可行的解决方案。Xjet解决了研究小组在实现材料特性和几何特征所必需的两方面需求。

Xjet的NPJ技术能够实现每个通道内壁的细节特征,具有保持波方向所需的精度和平滑度。尤其是XJet的陶瓷是一种各向同性,100%密度的陶瓷,具有正确的介电常数,不会“吸收”和削弱信号。这对于5G天线来说尤为重要,因为任何微小的容差变化都可能导致信号转移到错误的位置。

研究人员发现晶体结构几乎是均匀的,介电常数很高,而损耗角正切很低。根据YSU,这为包括天线,透镜和滤光片在内的各种微波器件的3D打印应用开辟了潜在市场。YSU用这种材料制作了两个简单的介质谐振器天线,测试结果表明材料特性确实可以满足需求。

 
打赏
 
0相关评论