研究人员使用3D打印MIMO天线以改善5G网络
总部位于英国的研究人员着眼于使用3D打印为5G通信系统制造低成本多输入多输出(MIMO)天线。使用3D打印制造的这些建议的MIMO能够在多个方向上传送光束,无需使用移相器即可提供连续的实时覆盖范围。此外,它们可以在28 GHz 5G频段上运行,其宽带宽性能超过4 GHz。
因此,研究人员发现,由于使用了3D打印,这些天线为实现5G和毫米波应用提供了一种低成本的选择。此外,3D打印还简化了复杂的设计选择,从而可以改变天线波束的方向,并增加其方向性。天线的侧面带有壁的示意图。
研究人员使用3D打印MIMO天线以改善5G网络
(a)前视图,(b)透视图
图片来自Shaker Alkaraki和Yue Gao
3D打印天线的优势
研究人员首先概述了目前在大多数国家/地区正在实施的即将到来的5G标准化。 5G无线技术是对当前技术的重大改进,有望将整体系统容量提高数百倍,并以更高的频谱和能源效率提高整体系统吞吐量,同时将系统延迟降至最低。 5G将在具有以下毫米波(mm-wave)频段的国家/地区引入:24 GHz至29.5 GHz,37 GHz至42.5 GHz,47.2 GHz至48.2 GHz和64至71 GHz。
3D打印如何成为设计天线的有效制造工艺,并已被用于生产从微波到太赫兹频率的不同频段的各种应用的天线。据中国3D打印网了解,使用3D打印提供天线解决方案具有许多优势,例如以低成本实现复杂的形状。”
实际上,欧洲航天局(ESA)等公司已经在其PROBA-3太空任务中采用了3D打印天线。该天线是由西班牙工程技术集团SENER和高级航空技术中心(CATEC)3D打印的。此外,特拉华大学(UDEL)的研究人员还使用XJet Carmel 1400系统,使用3D打印技术开发新型5G天线。总部位于亚利桑那州的雷达和天线制造商Lunewave是一家初创公司,其专有技术完全专注于3D打印透镜天线。该公司在2018年的种子轮融资中筹集了500万美元。
研究人员使用3D打印MIMO天线以改善5G网络
3D打印螺旋天线的渲染
图片来自SENER
3D打印MIMO天线原型
研究人员称,3D打印天线的过程可以分为两个阶段。首先是实际的3D打印过程本身,然后是金属化过程。研究人员解释说,与低成本的化学镀相比,使用低成本的金属化技术更为有效,因为这有助于降低3D打印天线的成本,这是首先使用增材制造的主要好处。
MIMO天线系统使用多个天线,这有助于增加系统链路容量。然而,通过传统的制造过程生产MIMO系统需要系统组件的高成本。因此,研究人员建议3D打印MIMO天线,以限制生产天线的费用,同时还使系统效率更高并使天线可操纵。作者解释说:“我们为5G毫米波基站应用提出了一种创新的低成本MIMO天线。MIMO天线是使用3D打印技术制造的,与传统天线相比,它提供了以整体降低的成本交付创新而复杂的天线设计的机会。提出的MIMO天线紧凑,低成本,高效,高增益,并且使用新颖的技术而不使用相控阵技术即可提供波束切换能力。”
研究人员使用3D打印MIMO天线以改善5G网络
壁高对天线辐射方向图的影响
图片来自Shaker Alkaraki和Yue Gao
为该研究而开发的MIMO天线原型包括2×2系统和4×3 MIMO系统。除了价格合理,效率高外,这些原型还具有通过3D打印实现的光束切换功能。每个MIMO天线都由两个主要部分组成:馈电结构和辐射结构。馈电结构设计成将电磁能耦合到辐射结构的表面,该表面是系统的3D打印部分,由一个被矩形空腔和两个波纹包围的中央槽组成。使用Objet30 3D打印机对辐射结构进行3D打印,然后使用喷射金属(JMT)喷涂金属化工艺将其金属化。这涉及在3D打印的结构上涂一层薄的银,厚度为2.5μm。
4 x 3 MIMO中存在的波束控制机制由天线侧面的3D打印金属化壁组成。取决于壁的高度,金属化的壁有助于将波束转向所需的方向,同时还可以提高天线的增益。这是由于壁高内的增量增加而引起的,而增量又使增益上升到饱和点。
总部位于英国的研究人员着眼于使用3D打印为5G通信系统制造低成本多输入多输出(MIMO)天线。使用3D打印制造的这些建议的MIMO能够在多个方向上传送光束,无需使用移相器即可提供连续的实时覆盖范围。此外,它们可以在28 GHz 5G频段上运行,其宽带宽性能超过4 GHz。
因此,研究人员发现,由于使用了3D打印,这些天线为实现5G和毫米波应用提供了一种低成本的选择。此外,3D打印还简化了复杂的设计选择,从而可以改变天线波束的方向,并增加其方向性。天线的侧面带有壁的示意图。
研究人员使用3D打印MIMO天线以改善5G网络
(a)前视图,(b)透视图
图片来自Shaker Alkaraki和Yue Gao
3D打印天线的优势
研究人员首先概述了目前在大多数国家/地区正在实施的即将到来的5G标准化。 5G无线技术是对当前技术的重大改进,有望将整体系统容量提高数百倍,并以更高的频谱和能源效率提高整体系统吞吐量,同时将系统延迟降至最低。 5G将在具有以下毫米波(mm-wave)频段的国家/地区引入:24 GHz至29.5 GHz,37 GHz至42.5 GHz,47.2 GHz至48.2 GHz和64至71 GHz。
3D打印如何成为设计天线的有效制造工艺,并已被用于生产从微波到太赫兹频率的不同频段的各种应用的天线。据中国3D打印网了解,使用3D打印提供天线解决方案具有许多优势,例如以低成本实现复杂的形状。”
实际上,欧洲航天局(ESA)等公司已经在其PROBA-3太空任务中采用了3D打印天线。该天线是由西班牙工程技术集团SENER和高级航空技术中心(CATEC)3D打印的。此外,特拉华大学(UDEL)的研究人员还使用XJet Carmel 1400系统,使用3D打印技术开发新型5G天线。总部位于亚利桑那州的雷达和天线制造商Lunewave是一家初创公司,其专有技术完全专注于3D打印透镜天线。该公司在2018年的种子轮融资中筹集了500万美元。
研究人员使用3D打印MIMO天线以改善5G网络
3D打印螺旋天线的渲染
图片来自SENER
3D打印MIMO天线原型
研究人员称,3D打印天线的过程可以分为两个阶段。首先是实际的3D打印过程本身,然后是金属化过程。研究人员解释说,与低成本的化学镀相比,使用低成本的金属化技术更为有效,因为这有助于降低3D打印天线的成本,这是首先使用增材制造的主要好处。
MIMO天线系统使用多个天线,这有助于增加系统链路容量。然而,通过传统的制造过程生产MIMO系统需要系统组件的高成本。因此,研究人员建议3D打印MIMO天线,以限制生产天线的费用,同时还使系统效率更高并使天线可操纵。作者解释说:“我们为5G毫米波基站应用提出了一种创新的低成本MIMO天线。MIMO天线是使用3D打印技术制造的,与传统天线相比,它提供了以整体降低的成本交付创新而复杂的天线设计的机会。提出的MIMO天线紧凑,低成本,高效,高增益,并且使用新颖的技术而不使用相控阵技术即可提供波束切换能力。”
研究人员使用3D打印MIMO天线以改善5G网络
壁高对天线辐射方向图的影响
图片来自Shaker Alkaraki和Yue Gao
为该研究而开发的MIMO天线原型包括2×2系统和4×3 MIMO系统。除了价格合理,效率高外,这些原型还具有通过3D打印实现的光束切换功能。每个MIMO天线都由两个主要部分组成:馈电结构和辐射结构。馈电结构设计成将电磁能耦合到辐射结构的表面,该表面是系统的3D打印部分,由一个被矩形空腔和两个波纹包围的中央槽组成。使用Objet30 3D打印机对辐射结构进行3D打印,然后使用喷射金属(JMT)喷涂金属化工艺将其金属化。这涉及在3D打印的结构上涂一层薄的银,厚度为2.5μm。
4 x 3 MIMO中存在的波束控制机制由天线侧面的3D打印金属化壁组成。取决于壁的高度,金属化的壁有助于将波束转向所需的方向,同时还可以提高天线的增益。这是由于壁高内的增量增加而引起的,而增量又使增益上升到饱和点。
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