5Gアンテナシミュレーション
モバイル通信の高速化への要求は急速に高まっています。マルチメディアやインタラクティブ ゲームなどのブロードバンド ワイヤレス アプリケーションをサポートするスマート ハンドヘルド デバイスが利用できるようになったため、モバイル データの量は年々爆発的に増加しています。これらのニーズに応えるため、第5世代（5G）アンテナの研究開発がすでに進められています。この記事では、アンテナ エンジニアが第 5 世代のモバイル アンテナを想定して設計できるようにするHFWorksのワークフローとシミュレーション機能について説明します。この記事では、デュアルバンド ミリ波アンテナのシミュレーションを紹介します。
Solidworks 5G アンテナ モデル
図 1 - 5G アプリケーション用のデュアル バンド アンテナの 3D モデル
図 1 は、パッチの端に近い L 字型のスロットを含む正方形のパッチで構成されるアンテナを示しています。この配置により、容量効果と誘導効果が追加され、28 GHz と 38 GHz という 2 つの明確で望ましい共振ミリ波周波数が得られます。アンテナは、比誘電率 2.2、誘電正接 0.0009 の RT/Duroid を使用してシミュレートされます。この構造は、幅 0.2mm のマイクロ ストリップ フィード ラインで励起され、100 オームのインピーダンスが得られます。この例のような構造の電気的パラメーターは、 ATLASS を使用して計算できます [1]。
アンテナの幾何学的パラメーター (L1、L2、t1、t2、t3、t4、t5、Lf、Wf、および Df) はファイルで定義され、パラメトリック ワークフローを容易にする方程式として SolidWorks にインポートされます。図 2 は、アンテナの主な寸法を示しています。
| 変数 | 値 |
| L1 | 3.1 |
| L2 | 2.5 |
| t1 | 0.1 |
| t2 | 2.7 |
| t3 | 0.4 |
| t4 | 0.4 |
| t5 | 0.5 |
| LF | 1.5 |
| Wf | 0.2 |
| DF | 0.9 |
5GアンテナのSパラメータ
図 3 は、HFWorks を使用してシミュレートされたパッチ アンテナの S パラメータの結果と測定結果を示しています [2]。共振周波数は、-29.87dB の反射係数を持つ 27.375GHz と、-16.39dB の反射係数を持つ 37.125 GHz でそれぞれ見つかりました。
5Gアンテナのゲイン
遠方場シミュレーションは、構造物から離れたモデル周辺の場の分布を示します。図 4 (a) は 27.375 GHz の最初の共振周波数での 3D 形式のゲイン パターンを示し、図 4 (b) は 2D 形式の同じゲイン パターンを示します。
図 4-a
図 4-b
結論
この記事では、5G アプリケーション用のミリ波アンテナを HFWorks を使用してシミュレートし、測定データと比較します [2]。共振周波数は、27.375 GHz と 37.125 GHz であることがわかりました。さまざまなグラフは、測定結果と HFWorks によって得られたシミュレーション結果とがよく一致していることを示しています。
参考文献
[1] https://www.emworks.com[h1][2] Menna El Shorbagyl, Raed M. Shubair, Mohamed I. AIHajri , Nazih Khaddaj Mallat, ''On the Design of Millimetre-Wave Antennas for 5G '', Microwave Symposium (MMS), 2016 16th Mediterranean, IEEE 2016, pp. 1-4.
