【5G天線】5G 網路的設計、測試和部署：在成本和性能目標下的挑戰

大多數關於 5G 的討論都集中在其標準的技術以及對使用者可能帶來的潛在好處上，例如新科技的頻寬和範圍將如何帶來神奇的功能和內容等等。然而，這類的故事往往避開探討設計團隊在努力實現這個標準的隱含承諾時所面臨的眾多工程難題。

網路服務供應商必須提供足夠的效能，以達到客戶對服務品質和功能的期望。同時，這些服務提供商也需要提供吸引使用者的價格，以保持競爭力。這種市場壓力產生了服務供應商必須遵守的總擁有成本（Total Cost Of Ownership；TCO）。TCO 由兩大類別的關鍵績效指標（KPI）來衡量：

• 技術能力（例如覆蓋範圍、容量、MIMO性能）
• 產品的壽命（例如長期可靠度、功耗和總重量）

這些指標成為開發 5G 網路設備的基本要求。系統設備製造商將這些 KPI 分解為他們開發通信節點設備的詳細規格。讓我們來深入探討 5G 系統設計團隊在開發最好的天線時所面臨的挑戰。

使用Ansys HFSS進行的5G波束控制單元（BSU）天線的電磁模擬。

設計團隊的觀點

從事 5G 天線設計的工程師主要關注三個一般類別：設計、驗證與測試、以及部署。然而，這些類別並非各自獨立，而是彼此相互依賴。

天線設計

5G 網路將使用多用戶多輸入多輸出（MU-MIMO）陣列，以提高容量和速度。然而，設計這些天線是一項複雜的任務。

天線設計師必須考慮以下因素：

• 效能：天線必須盡可能地發射和接收訊號。
• 覆蓋範圍：天線必須覆蓋其指定的區域。
• 頻寬：天線必須支援多個頻寬。
• 波束成形：天線必須能夠將訊號聚焦在特定方向。
• 其他功能：天線可能需要支援其他功能，例如固定衛星服務（FSS）和適應性調變和編碼（AMC）。

此外，天線設計師還必須解決耦合效應和信號損失等問題。

使用Ansys HFSS進行的5G多輸入多輸出（MIMO）輻射元件。

天線驗證與測試

天線驗證與測試是一項複雜的任務，需要考慮多種因素。這些因素包括：

• 環境影響：風、雨、雪、冰、靜電累積、熱、塵土、冰雹、沙塵暴、閃電和冷凍等都會影響天線的性能。
• 系統因素：天線的支援電路元件和板子也會影響其性能。
• 設計因素：重量、風載荷、電源管理方案等設計因素也會影響天線的性能。

這些因素可能互相疊加，對天線的性能產生重大影響。

天線部署

天線部署是一項複雜的任務，需要考慮多種因素。這些因素包括：

資料來源 Ansys Blog