世界电信日 l 让美国紧张的5G商用，仿真在做什么？

今年的世界电信日，5G的技术进展和商用进程是各界关注的焦点。尤其在近期的5G技术竞争中，美国采取的对华为5G建设的扼制行动，足以说明5G在未来竞争中的重要意义和深远影响。作为第五代移动通信，5G拥有更高的信息传输速率、更少的延迟、更大的容量和极高的频谱利用率，其应用将面向未来的VR/AR、智慧城市、工业互联网、车联网、智联网等多样化领域。面对5G在各行业的新应用，以及随之产生的对产品设计创新和可靠性能要求，让我们一起听仿真工程师的应对方案。

移动通信技术发展至今已经经历了四代通信系统。第一代移动通信系统主要采用的是模拟技术和频分多址技术，主要用于提供模拟语音业务；第二代移动通信系统主要采用的是数字的时分多址（TDMA）和码分多址技术（CDMA），主要提供数字化的语音业务；第三代移动通信系统通过采用CDMA无线接入技术和高速数据，从而实现多媒体服务；第四代移动通信系统通过采用多天线载波技术，具有更高的数据速率和传输质量，提供了更广泛的服务与应用。第五代移动通信系统是面向2020年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统，简称5G。

5G技术将带来更低时延、更快速率的数据通信，随之也带来智能化新应用的发展。面对5G在各行业的新应用，在射频模块、封装、芯片、终端、基站和典型应用场景中，都需要通过可靠有效的仿真工具帮助研发人员进行性能设计与问题分析。

• 射频模块
  

微波射频电路与微系统是现代雷达、通信、导航、测控等系统的重要组成部分，作为最前端的部分对系统的整体性能指标和可靠性有非常重要的影响。微波射频电路与微系统正向着小型化、集成化、高频和超高频、宽带和超宽带、更大动态范围等方向发展，随之对更高性能的微波射频器件和组件等产生了强烈的需求。

ANSYS仿真解决方案可以帮助设计者验证全新的设计思路，强大的高性能计算提升了仿真效率，可以在更短的时间内得到仿真结果，加快新产品上市的时间。

• 天线

天线作为通信与电子系统的重要组成部分，对整体技术指标有着至关重要的影响。5G移动通信的天线不仅要实现天线本体的高指标要求，还需要考虑到载体对天线的影响，天线相互之间的影响以及耦合等，这对5G终端天线提出了新的要求。

ANSYS天线解决方案依托于HFSS软件的强大电磁场算法，电子桌面系统的强大前后处理功能，以及ANSYS多学科多物理域的系列软件仿真生态，具有良好的深度扩展和广度覆盖，能很好的解决天线设计有关的本体设计、载体布局、环境分析、阵列设计、可靠性设计、优化设计等多方面问题，为天线设计及总体部门提供一站式全面解决方案。关键技术包括：1.自适应迭代技术保障精度2.多算法及混合算法保障大问题及复杂问题的求解能力3.高性能计算技术保障大规模问题及阵列问题求解4.多学科仿真环境保障复杂工况下的设计可靠性。

有源天线的设计流程

• 芯片-封装-系统
  

系统的频率不断提高、集成度不断加强、尺寸不断减小，因此无论是考虑系统的芯片设计还是考虑芯片的系统设计，芯片-封装-系统（CPS）的协同仿真都是不可是缺少的。ANSYS端到端的CPS仿真解决方案如下图所示：

仿真流程如下：

1）在Redhawk中导入芯片版图和RTL级模型，仿真提取芯片版图中电源地网络的无源参 数，以及在设定的工作模式下芯片电源端的时域电流波形，得到芯片电源模型 （CPM）该模型符合SPICE语法结构可被电路仿真工具读取 （CPM）。该模型符合SPICE语法结构，可被电路仿真工具读取。

2）在SIwave中分别导入PCB和封装的设计文件，按照实际的位置关系组合成一个完整的仿真工程，并提取S参数模型。该模型不仅考虑了封装和PCB之间的互耦，同时在EMI分析时将封装和PCB作为一个辐射整体。

3）在DesignerSI中导入芯片的CPM模型、SIwave提取的封装和印刷电路模型，按照实际电气连接关系连接成完整的系统仿真链路结构，并进行时域瞬态仿真。这个仿真可以得到基于CPM中的芯片电源波形下，封装和PCB上各端口处的电压和电流分布，并转换为频域数据Push Excitation到SIwave软件。 

4）SIwave便可基于该频域的电压电流信息进行EMI计算，从而得到在该CPM模型激励下的封装和PCB的辐射特性。

• 基站

基站天馈系统作为基站收发系统前端，其性能优劣直接决定整机性能，是影响网络质量和通讯体验的重要因素。由于基站天馈系统元器件繁杂，并且上下级之间相互影响严重，综合全面考虑整个射频通路各部件的相互作用有益于开发稳定可靠的系统性能。基站天馈系统射频通路传统的设计方法是各元器件分开设计，通过计算每个元器件损耗推算出整个系统的性能，但由于元器件之间阻抗不匹配、电平浮动引起的传输功率变化无法考虑，会导致评估结果不可靠。针对基站天馈系统的特点和需求，对于整个基站天馈系统的射频通路，ANSYS可以对射频馈线、移相器、功分器到天线阵元等各个元部件分别使用HFSS或Circuit进行仿真设计，最后基于Circuit平台完成整个链路的系统仿真评估。这种仿真方法可以完整全面仿真评估基站天馈系统的各个元器件性能。

相关资料获取

1、PPT资料：广州安世亚太高频工程师吕英举在2019第24届“北京国际电磁兼容与微波暨测试测量技术交流展览会 ”上的演讲PPT资料——《面向5G的高速连接器的电磁设计仿真》获取地址：链接: https://pan.baidu.com/s/1hhqrOC-cG5nmFgfJkuJgbA 提取码: e865 
2、培训视频：近期，安世亚太大咖慧直播平台推出了HFSS免费培训课——HFSS的集总端口Lumped Port，重点介绍了HFSS的集总端口Lumped Port，就Lumped Port的特点、设置方法和应用实例等进行了讲解。
感兴趣的用户，请关注安世亚太官方订阅号（peraglobal) 回复“HFSS”，获取培训视频，免费学习听课。

延伸阅读：