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研究人員使用3D打印MIMO天線以改善5G網(wǎng)絡(luò)

魔猴君  行業(yè)資訊   1661天前

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總部位于英國的研究人員著眼于使用3D打印5G通信系統(tǒng)制造低成本多輸入多輸出(MIMO)天線。使用3D打印制造的這些建議的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(xù)的實時覆蓋范圍。此外,它們可以在28 GHz 5G頻段上運行,其寬帶寬性能超過4 GHz。

因此,研究人員發(fā)現(xiàn),由于使用了3D打印,這些天線為實現(xiàn)5G和毫米波應(yīng)用提供了一種低成本的選擇。此外,3D打印還簡化了復(fù)雜的設(shè)計選擇,從而可以改變天線波束的方向,并增加其方向性。

天線的側(cè)面帶有壁的示意圖。 a)前視圖,(b)透視圖。圖片來自Shaker AlkarakiYue Gao。

3D打印天線的優(yōu)勢

研究人員首先概述了目前在大多數(shù)國家/地區(qū)正在實施的即將到來的5G標準化。 5G無線技術(shù)是對當前技術(shù)的重大改進,有望將整體系統(tǒng)容量提高數(shù)百倍,并以更高的頻譜和能源效率提高整體系統(tǒng)吞吐量,同時將系統(tǒng)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(qū)引入:24 GHz29.5 GHz,37 GHz42.5 GHz47.2 GHz48.2 GHz6471 GHz。

3D打印如何成為設(shè)計天線的有效制造工藝,并已被用于生產(chǎn)從微波到太赫茲頻率的不同頻段的各種應(yīng)用的天線。據(jù)中國3D打印網(wǎng)了解,使用3D打印提供天線解決方案具有許多優(yōu)勢,例如以低成本實現(xiàn)復(fù)雜的形狀?!?/span>

實際上,歐洲航天局(ESA)等公司已經(jīng)在其PROBA-3太空任務(wù)中采用了3D打印天線。該天線是由西班牙工程技術(shù)集團SENER和高級航空技術(shù)中心(CATEC3D打印的。此外,特拉華大學(xué)(UDEL)的研究人員還使用XJet Carmel 1400系統(tǒng),使用3D打印技術(shù)開發(fā)新型5G天線。總部位于亞利桑那州的雷達和天線制造商Lunewave是一家初創(chuàng)公司,其專有技術(shù)完全專注于3D打印透鏡天線。該公司在2018年的種子輪融資中籌集了500萬美元。

3D打印螺旋天線的渲染。圖片來自SENER。

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。首先是實際的3D打印過程本身,然后是金屬化過程。研究人員解釋說,與低成本的化學(xué)鍍相比,使用低成本的金屬化技術(shù)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(tǒng)使用多個天線,這有助于增加系統(tǒng)鏈路容量。然而,通過傳統(tǒng)的制造過程生產(chǎn)MIMO系統(tǒng)需要系統(tǒng)組件的高成本。因此,研究人員建議3D打印MIMO天線,以限制生產(chǎn)天線的費用,同時還使系統(tǒng)效率更高并使天線可操縱。作者解釋說:“我們?yōu)?/span>5G毫米波基站應(yīng)用提出了一種創(chuàng)新的低成本MIMO天線。MIMO天線是使用3D打印技術(shù)制造的,與傳統(tǒng)天線相比,它提供了以整體降低的成本交付創(chuàng)新而復(fù)雜的天線設(shè)計的機會。提出的MIMO天線緊湊,低成本,高效,高增益,并且使用新穎的技術(shù)而不使用相控陣技術(shù)即可提供波束切換能力。”

壁高(??)對天線輻射方向圖的影響。圖片來自Shaker AlkarakiYue Gao。

為該研究而開發(fā)的MIMO天線原型包括2×2系統(tǒng)和4×3 MIMO系統(tǒng)。除了價格合理,效率高外,這些原型還具有通過3D打印實現(xiàn)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(jié)構(gòu)和輻射結(jié)構(gòu)。饋電結(jié)構(gòu)設(shè)計成將電磁能耦合到輻射結(jié)構(gòu)的表面,該表面是系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(cè)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(zhuǎn)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(nèi)的增量增加而引起的,而增量又使增益上升到飽和點。

來源:中國3D打印網(wǎng)

本文提到的3D打印材料簡介

適合做戒指、掛墜、耳環(huán)等首飾,獎?wù)隆⒓o念幣或者對導(dǎo)電性要求高的工業(yè)零件。35元/克為小件(如首飾)的名義價格,如果制作零件較大,價格會顯著下降。
   
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