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3D打印的MIMO天線可增強(qiáng)5G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度

獨(dú)愛(ài)72H ? 來(lái)源:中關(guān)村在線 ? 作者:中關(guān)村在線 ? 2020-04-26 14:52 ? 次閱讀
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(文章來(lái)源:中關(guān)村在線)

英國(guó)研究人員正在利用3D打印為5G通信網(wǎng)絡(luò)制造天線,這種低成本的多輸入多輸出(MIMO)天線將改善5G網(wǎng)絡(luò)性能。使用3D打印制造的MIMO能夠在多個(gè)方向上傳送光束,無(wú)需使用移相器即可提供連續(xù)的實(shí)時(shí)覆蓋范圍。此外,它們可以在28 GHz 5G頻段上運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)4 GHz的寬帶寬性能。

由于使用了3D打印技術(shù),這種天線為實(shí)現(xiàn)5G和毫米波應(yīng)用提供了低成本的選擇。此外3D打印還簡(jiǎn)化了復(fù)雜的設(shè)計(jì)從而可以改變天線波束的方向,并增加其指向性。

研究人員首先概述了目前在大多數(shù)國(guó)家/地區(qū)正在實(shí)施的即將到來(lái)的5G標(biāo)準(zhǔn)化。5G無(wú)線技術(shù)是對(duì)當(dāng)前技術(shù)的重大改進(jìn),有望將整體系統(tǒng)容量提高數(shù)百倍,并以更高的頻譜和能源效率提高整體系統(tǒng)吞吐量,同時(shí)將系統(tǒng)延遲降至最低。5G將在具有以下毫米波(mm-wave)頻段的國(guó)家/地區(qū)引入:24 GHz至29.5 GHz,37 GHz至42.5 GHz,47.2 GHz至48.2 GHz和64至71 GHz。

作者繼續(xù)說(shuō)明了3D打印如何成為設(shè)計(jì)天線的有效制造工藝,并已被用于生產(chǎn)從微波到T級(jí)赫茲頻率的不同頻段的各種應(yīng)用的天線。研究人員解釋說(shuō):“使用3D打印提供天線解決方案具有許多優(yōu)勢(shì),能夠以低成本實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的形狀?!?/p>

實(shí)際上,歐洲航天局(ESA)已經(jīng)在PROBA-3太空任務(wù)中實(shí)現(xiàn)了3D打印天線。該天線由西班牙工程技術(shù)集團(tuán)SENER和高級(jí)航空技術(shù)中心(CATEC)3D打印。此外,特拉華大學(xué)(UDEL)的研究人員還使用XJet Carmel 1400系統(tǒng),使用3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)新型5G天線。總部位于亞利桑那州的雷達(dá)和天線制造商Lunewave是一家初創(chuàng)公司,其專(zhuān)有技術(shù)完全專(zhuān)注于3D打印天線;該公司在2018年的種子輪融資中籌集了500萬(wàn)美元。

研究人員稱(chēng),3D打印天線的過(guò)程可以分為兩個(gè)階段。與化學(xué)電鍍相比,使用低成本的金屬化技術(shù)更為有效,因?yàn)檫@有助于降低3D打印天線的成本,這是首先使用增材制造的主要好處。

MIMO天線系統(tǒng)使用多個(gè)天線,這有助于增加系統(tǒng)鏈路容量。然而,通過(guò)傳統(tǒng)的制造過(guò)程生產(chǎn)MIMO系統(tǒng)需要高成本的模具材料。因此,研究人員建議3D打印MIMO天線,以降低生產(chǎn)天線的費(fèi)用,同時(shí)還使系統(tǒng)效率更高并使天線可操縱。

作者解釋說(shuō):“我們?yōu)?G毫米波基站應(yīng)用提出了一種創(chuàng)新的低成本MIMO天線——使用3D打印技術(shù)制造;與傳統(tǒng)天線相比,它提供了創(chuàng)新性的以整體低成本交付復(fù)雜的天線設(shè)計(jì) 。3D打印MIMO天線緊湊、低成本、高效、高增益,并且使用新穎的技術(shù)而不使用相控陣技術(shù)即可提供波束切換能力。”

為該研究而開(kāi)發(fā)的MIMO天線原型包括2×2系統(tǒng)和4×3 MIMO系統(tǒng)。除了價(jià)格合理,效率高外,這些原型還具有通過(guò)3D打印實(shí)現(xiàn)的光束切換功能。每個(gè)MIMO天線都由兩個(gè)主要部分組成:饋電結(jié)構(gòu)和輻射結(jié)構(gòu)。饋電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成將電磁能耦合到輻射結(jié)構(gòu)的表面,該表面是系統(tǒng)的3D打印部分,由一個(gè)被矩形空腔和兩個(gè)波紋包圍的中央槽組成。使用Objet30 3D打印機(jī)對(duì)輻射結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D打印,然后使用噴射金屬(JMT)噴涂金屬化工藝將其金屬化。這涉及在3D打印的結(jié)構(gòu)上涂一層薄的銀,厚度為2.5μm。

4 x 3 MIMO中存在的波束控制機(jī)制由天線側(cè)面的3D打印金屬化壁組成。取決于壁的高度,金屬化的壁有助于將波束轉(zhuǎn)向所需的方向,同時(shí)還可以提高天線的增益。這是由于壁高內(nèi)的增量增加而引起的,而增量又使增益上升到飽和點(diǎn)。在研究結(jié)束時(shí),作者寫(xiě)道:“最后,對(duì)所建議的MIMO天線的性能進(jìn)行了測(cè)量,并發(fā)現(xiàn)其可以通過(guò)數(shù)值模擬工具進(jìn)行預(yù)測(cè)。”
(責(zé)任編輯:fqj)

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