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3D打印MIMO天線,5G網絡信號增強!
來源:南極熊3D打印 | 作者:huirui2019 | 發布時間: 2020-04-14 | 206 次瀏覽 | 分享到:
使用3D打印制造的MIMO能夠在多個方向上傳送光束,無需使用移相器即可提供連續的實時覆蓋范圍。此外,它們可以在28 GHz 5G頻段上運行,實現4 GHz的寬帶寬性能,由于使用了3D打印技術,這種天線為實現5G和毫米波應用提供了低成本的選擇。此外3D打印還簡化了復雜的設計從而可以改變天線波束的方向,并增加其指向性。

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新型天線側壁示意圖


3D打印天線的優勢
研究人員首先概述了目前在大多數國家/地區正在實施的即將到來的5G標準化。5G無線技術是對當前技術的重大改進,有望將整體系統容量提高數百倍,并以更高的頻譜和能源效率提高整體系統吞吐量,同時將系統延遲降至最低。5G將在具有以下毫米波(mm-wave)頻段的國家/地區引入:24 GHz至29.5 GHz,37 GHz至42.5 GHz,47.2 GHz至48.2 GHz和64至71 GHz。

作者繼續說明了3D打印如何成為設計天線的有效制造工藝,并已被用于生產從微波到T級赫茲頻率的不同頻段的各種應用的天線。研究人員解釋說:“使用3D打印提供天線解決方案具有許多優勢,能夠以低成本實現復雜的形狀?!?/span>

實際上,歐洲航天局(ESA)已經在PROBA-3太空任務中實現了3D打印天線。該天線由西班牙工程技術集團SENER和高級航空技術中心(CATEC)3D打印。此外,特拉華大學(UDEL)的研究人員還使用XJet Carmel 1400系統,使用3D打印技術開發新型5G天線??偛课挥趤喞D侵莸睦走_和天線制造商Lunewave是一家初創公司,其專有技術完全專注于3D打印天線;該公司在2018年的種子輪融資中籌集了500萬美元。

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3D打印螺旋天線效果圖


3D打印MIMO天線原型
研究人員稱,3D打印天線的過程可以分為兩個階段。與化學電鍍相比,使用低成本的金屬化技術更為有效,因為這有助于降低3D打印天線的成本,這是首先使用增材制造的主要好處。

MIMO天線系統使用多個天線,這有助于增加系統鏈路容量。然而,通過傳統的制造過程生產MIMO系統需要高成本的模具材料。因此,研究人員建議3D打印MIMO天線,以降低生產天線的費用,同時還使系統效率更高并使天線可操縱。

作者解釋說:“我們為5G毫米波基站應用提出了一種創新的低成本MIMO天線——使用3D打印技術制造;與傳統天線相比,它提供了創新性的以整體低成本交付復雜的天線設計 。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而不使用相控陣技術即可提供波束切換能力?!?/span>

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壁高()對天線輻射方向圖的影響


為該研究而開發的MIMO天線原型包括2×2系統和4×3 MIMO系統。除了價格合理,效率高外,這些原型還具有通過3D打印實現的光束切換功能。每個MIMO天線都由兩個主要部分組成:饋電結構和輻射結構。饋電結構設計成將電磁能耦合到輻射結構的表面,該表面是系統的3D打印部分,由一個被矩形空腔和兩個波紋包圍的中央槽組成。使用Objet30 3D打印機對輻射結構進行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打印的結構上涂一層薄的銀,厚度為2.5μm。

4 x 3 MIMO中存在的波束控制機制由天線側面的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向所需的方向,同時還可以提高天線的增益。這是由于壁高內的增量增加而引起的,而增量又使增益上升到飽和點。在研究結束時,作者寫道:“最后,對所建議的MIMO天線的性能進行了測量,并發現其可以通過數值模擬工具進行預測?!?/span>

倫敦瑪麗皇后大學的博士后研究員Shaker Alkaraki與薩里大學通信系統研究所的無線通信教授高悅(音譯)撰寫了關于此研究的論文,名為《使用3D打印為5G通信系統制造的具有波束切換能力的毫米波低成本MIMO天線》。

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