天线阵列的电磁仿真

加铝系统

ALCAN Systems GmbH 是一家位于德国达姆施塔特的电信公司。

该公司正在尝试开发一种用于蜂窝和卫星通信的低成本智能天线系统。这些天线将是扁平的、薄的，并且能够在没有任何移动部件的情况下以电子方式控制它们的波束。 ALCAN 的技术基于液晶 (LC) 相控阵，能够在射频频谱的毫米波段和微波波段中运行。

开发创新天线以在具有挑战性的环境中实现可靠的高速数据链路

随着世界变得越来越紧密，5G 和卫星宽带为以前无法访问的地区和环境提供无线连接。这些技术通过允许几乎在任何地方的高速数据，有望彻底改变从通信和娱乐到工业、物流和医疗保健的领域——到 2028 年，仅 5G 就有望实现高达 6640 亿美元的服务。 [1]利用这种潜力将需要能够应对新挑战的新型天线。

前几代移动技术倾向于使用全向天线和类似的设计，这些设计只是从尽可能多的方向提供覆盖。但是，这些设计不适用于卫星宽带和毫米波 5G 的未来。

为了让卫星互联网正常工作，最终用户——他们可能在地面上、在移动的汽车或船只上，甚至是飞机上——需要对卫星有持续的视线。卫星本身在天空中移动，用户可能会在卫星之间反复切换。

5G 的问题也类似。前几代使用的全向方法并不合适，尤其是对于毫米波 5G 中使用的非常高的频率。在这些频率范围内，从 24 GHz 到 53 GHz，波通过空气和其他材料的损耗要高得多。

ALCAN Systems 成立于 2016 年，其使命是为蜂窝和卫星通信创建低成本的智能天线系统。他们开发了一种使用相控阵天线的创新方法，使用液晶显示 (LCD) 技术来精确控制元件之间的时间延迟和相移。与传统的相控阵相比，LCD 技术可以制造得更紧凑、更高效、更便宜，并且可以在与 LCD 电视相同的生产线上制造。

天线阵列的电磁仿真

与旧天线相比，相控阵天线要复杂得多。 ALCAN Systems 的射频工程主管 Arshad Mehmood 解释说：“没有更多的简单天线可以仅使用笔和纸或简单的方程式来设计。它们确实是一个复杂的系统。要开发相控阵天线，您不仅需要仿真，还需要广泛的仿真。”

为了管理这种复杂性并开发有效的天线阵列，ALCAN Systems 求助于 Dassault Systèmes SIMULIA 及其电磁仿真工具 SIMULIA CST Studio Suite。 “在射频设计中，我们有一个组件级设计，但不同的组件也必须组合在一起，并且仍然以您希望它们的特定方式工作。

CST Studio Suite 的结果是准确的，并为 ALCAN Systems 工程师提供了值得信赖的洞察力。 “作为一名工程师，您必须对自己在工具中模拟的内容以及从这些工具中获得的结果充满信心，”Akgiray 继续说道。 “我们已经为我们的应用程序、我们的结构以及我们正在尝试做的事情验证了结果。我们知道它给了我们可靠的结果，所以我不必一直怀疑自己。”

• The use of SIMULIA CST Studio Suite for electromagnetic simulation of antenna arrays resulted in the development of a compact, lightweight, and innovative new antenna system. The simulation tool provided accurate results that gave ALCAN Systems engineers trustworthy insight they could rely on, eliminating the need for second-guessing. The simulation also helped the engineers meet challenges during the design process and identify the root cause of problems that emerged. This resulted in a more efficient design process and a high-quality end product. As a start-up with limited resources, the ability to focus on one product and get it out to the market was crucial for ALCAN Systems. The company now has roadmaps for addressing different use cases, thanks to the successful development of their innovative antenna system.

• The new antenna system is expected to cost under $1,000, significantly cheaper than traditional phased arrays which could cost tens of thousands of dollars.
• The power consumption of the new antenna system is estimated to be around 20-30 watts, much lower than traditional phased arrays which could consume hundreds of watts, if not kilowatts.