优化5G和物联网的天线设计

当你离开工作时，你的车库门关闭并发短信你的办公咖啡机开始酿造一个新鲜的锅。白天，您的喷水灭火系统会获得天气预报，即将下雨并取消其下午的浇水。这不是一个未来主义的电视节目，它是事物互联网，并通过下一代无线通信，5克，即将推出。首先，我们需要优化现有移动设备天线的性能。

下一代移动技术：物联网和5克

许多技术娴熟的消费者已经将他们的房屋配置为一定程度的自动化，例如通过使用移动应用程序启动他们的洗碗机或调整它们的恒温器。一个相对较新的现象，物联网（IOT），也称为“工业互联网”甚至是“一切互联网”，通过使对象通过连接的设备传送数据来将这些简单的自动化任务带到一个新的级别。

最终，我知道它将从简单的家庭和楼宇自动化进入更先进的应用领域。在理想的事情互联网中，移动设备将能够收集和解释您的位置和已知偏好等数据，并与“智能对象”通信 - 无需您的输入。

内容互联网的未来可能的应用程序包括：

• 媒体
  • 在高速公路上驾驶广告牌或在电视上观看商业广告牌时，由您的设备收集的数据显示您喜欢广告的产品类型，并且您将自动使用更多信息进行消息。
• 运输
  • 您的汽车并行公园不仅可以自行导航和驱动。在技​​术进步的进展中，IOT可以帮助我们迅速实现的培训和飞机类似的改进。
• 卫生保健
  • 医疗设备自动管理药物和监测患者的病症以及整体福祉。起搏器，助听器和心脏监测通过与医生和患者沟通来简化医疗服务。
• 环境与节能
  • 传感器通过基于一个人的活动来优化灯光和电子设备的能量消耗。在更大的规模上，改进的物联网有助于监测水和空气质量等其他环境问题。
• 基础设施
  • IOT传感器监测安全和安全性的桥梁，铁路和废物管理系统的结构稳定性。

随着我们社会中的广泛使用智能手机，物联网有一种简单的方法来收集和使用我们的个人数据与对象和智能设备进行通信。但要在制作IOT开始时跳跃开始，我们需要创建下一代移动技术来优化智能手机。

当5g取代4g lte时...

5G是下一代无线通信的选定的绰号，其中新版本每十年发布了大约。5G目前只是一个概念，但预计将于2020年实施 - 让移动行业在很短的时间内做了很多工作要做。

大多数无线通信专业人员同意，当5G替换4G LTE时，它应该解决三个关键需求：

1. 下降一秒钟的延迟。
2. 每秒增加每秒至少一个千兆位的数据速率，同时成千上万的用户。
3. 提高能源效率。

无论通过5G发布到无线通信所做的任何改进，主要目标是用于移动技术，数据收集和无线通信，通过速度和效率更加无缝集成。如果没有这些功能，事情互联网将无法正常工作，并且将是冗余的。

在全球各地的许多发展中，在5克已经工作的研究人员中，移动设备天线的优化是研究的重要主题。虽然5G应用程序尚未进行标准化，但许多研究人员正在开发一系列设备以扩展IOT的世界，但我们可以通过查看一个基本的介绍性模型，显示如何在我们的移动设备中设计一个小天线移动设备天线教程的建模。

优化移动设备天线的设计

移动设备天线必须小巧轻便，足以适合在智能手机的设计中分配的有限空间。平面倒F天线（PIFA）是移动通信的不错选择，因为它们很小，强大，有效。这些天线可以覆盖用于蜂窝设备，WiFi和Bluetooth®技术的多个频带 - 这使其成为IoT兼容对象和设备的最佳选择。

在本教程中模拟的移动设备天线包括由具有FR4电路板，ABS壳体和具有复合硅衬底的PTFE块上的PIFA的4G设备。天线本身由具有薄铜层的PTFE块组成，用于高导电率，在完美的电导体（PEC）接地平面和馈送条之间的一块块状物体，以及另一条带短路到地面和邻近的条带。用于阻抗匹配的喂养条。它还包括阻抗匹配间隙，其与天线匹配到50Ω的参考阻抗。

移动设备中平面倒F天线的模型几何。

对于模拟，由于低下行链路频率范围，可以使用PEC边界建模该天线。由于铜层的高导电性，金属上的损失是无关紧要的。PIFA在由完美匹配的层（PML）包围的球形结构域中建模，以吸收其输出辐射。具有50Ω的参考阻抗的集总端口用于激发PIFA并评估其输入阻抗。

通过模拟，我们能够计算PIFA的现场分布图。结果表明，该领域在模型顶部的金属表面的一端是强大的，远离饲料条。这些测量实际上类似于四分之一波浪单极天线，派生PIFA的设计。

结果图PIFA顶部电场分布图。

模拟还计算极性格式的远场辐射图案。前方形辐射模式不再是全向，因为天线现在小型化并位于接地平面的一个角落。

从S参数来看，我们可以看出电压驻波比（VSWR）小于2：1。这意味着天线输入阻抗与参考阻抗很好地匹配，这是网络分析仪和其他公共测量系统中的典型测量。

计算给定AWS下行链路频率范围的S参数。

超出2D远场计算的结果，您还能够在3D辐射模式中查看模拟以显示最大辐射和空。

PIFA的远场辐射图案绘制在3D中。

为了解决5G应用程序，在介绍模型上面有许多发展。为了处理更高的数据速率，工作频率必须增加到一毫米范围，我们可以实现更广泛的带宽。这将导致发射器和接收器之间的较高路径损耗，因此天线需要提供更高的增益以达到更长的距离。

然而，这将在角度方面显着减少覆盖范围，因为辐射图案将非常尖锐。最后，相控阵天线需要使用将辐射束朝向所需方向转向的能力来克服高增益天线的角度依赖的极限。

通过优化移动设备天线的设计和性能，包括刚才提到的那些，在我们知道之前，将在这里进行理想的事情，我们会准备接受新技术。

额外资源

• 下载教程：移动设备天线的建模
• 有线文章： ”在可编程世界中，我们所有的物品都将充当一个“
• 科技共和国文章： ”比赛为5克：在我们所知的情况下，为移动的未来斗争“