发布者：凯思软件发布日期：2024-12-05浏览量：
在过去的10年间，智能手机与智能设备已经改变了我们的通信、娱乐和工作方式。每年智能设备的销量超过10亿部，依托庞大的全球供应链，该市场现在已经成为全球经济的主要支柱。
单一设备类别的巨大市场价值自然会带来激烈竞争与锐意创新，并且伴随着极短的产品生命周期。因此，智能手机用户往往会对每个新版本的软硬件有非常高的期望。始终在线的高速连接是众多现代功能的基石，当期望变得如此之高，并且被最新一代5G蜂窝技术推得更高时，任何连接问题都会让人懊恼，而且在某些情况下有可能带来危险。
由于引入了两个主要频率范围——Sub-6 GHz以及24GHz以上的毫米波，5G技术显著增加了智能手机设计的复杂性。毫米波频段对蜂窝通信来说是一个全新的频段，传统上是用于航空航天或汽车应用中的雷达探测。
5G频段
如图所示，毫米波对蜂窝通信的主要优势是提供高带宽与潜在数据速率，通常高于1Gbps。劣势是不足500米的较短距离，而且信号容易受到固体物体的阻塞或反射，因此用于雷达应用。短距离限制意味着毫米波频段通常需要逐条街道进行部署，而且有可能只用于城市中拥堵严重、人口密集的区域，如：市中心街道与体育场。短距离的优势是在相对较短距离内实现频率的重复利用。
智能手机或设备层面的设计挑战重重：
高频段毫米波设计挑战：5G毫米波天线的电气规模非常小（在毫米量级），而且其对微小几何变化尤为敏感。除了整体封装约束以及天线对周围材料的普遍敏感性，在实现所需的5G天线性能方面还存在一系列挑战。
5G波束成形与MIMO：在毫米波范围内，5G技术无法使用单天线单元提供设备的球形或各向同性覆盖范围，因为需要太多的功率来解决信号路径损耗——在这些频率下，信号强度会随距离的增加而迅速下降。解决方案是在连接的两端同时采用天线阵列，以形成能够把功率集中到特定方向的波束。通过利用相对振幅与信号相位的变化来分别驱动阵列的每个部分，则有可能以电气的方式控制波束指向特定方向，从而可以提供整体各向同性覆盖范围。
智能手机的码本或波束手册：确保手机内部的毫米波阵列提供广泛的球形覆盖范围并非一件容易的事。此类阵列采用集成型“片上天线”技术，如：高通提供的QTM525，其设计用于安装到智能手机的侧面。此类模块的供应商将提供一个“码本”，这是一种文本文件，列出了可以由阵列单元组合产生的所有波束，其中每个单元都由特定信号振幅和相位驱动。通过搜索此码本，可以利用相关模块实现最佳覆盖范围。
单独测量以及在用户设备中测量5G毫米波片上天线性能非常耗时，因为评估完整的球形覆盖范围需要运行大量的测试。更快速、更低成本的解决方案是采用电磁仿真。尽管在模型复杂性和所需的仿真数量方面仍然要求很高，但是现代高性能计算技术能够以合理的成本提供可控制的运行时间。
为了生成有意义的覆盖范围或功率密度指标，必须处理测量或仿真生成的大量数据。仿真数据可以进行自动后处理，以便以最少的用户工作量或干预生成所需结果。这种类型的自动化对于OEM厂商非常有价值，因为每个手动步骤都会由于需要运行大量的仿真和考虑众多的手机型号数量而成倍增加。
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