4G改變了生活，5G將改變社會(huì)，5G除了在增強(qiáng)移動(dòng)帶寬應(yīng)用場(chǎng)景下能夠豐富多媒體類應(yīng)用場(chǎng)景，在用戶密度大的區(qū)域增強(qiáng)通信能力，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的用戶體驗(yàn)之外，基于大規(guī)模機(jī)器類通信的物聯(lián)網(wǎng)也是5G通信技術(shù)的突破性應(yīng)用場(chǎng)景，能夠衍生出智慧城市、智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)自動(dòng)化控制、自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等諸多具體的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方向，5G的時(shí)代萬(wàn)物互聯(lián)，新一代移動(dòng)通信技術(shù)將給人類的生活帶來(lái)天翻地覆的變化。

 

萬(wàn)物互聯(lián)的5G時(shí)代

 

5G時(shí)代對(duì)多射頻系統(tǒng)共存及抗干擾設(shè)計(jì)提出的挑戰(zhàn)

 

從射頻的角度來(lái)看，5G技術(shù)先進(jìn)性的原因之一是因?yàn)?G通信設(shè)備工作在更高的頻率，擁有更多帶寬。根據(jù)3GPP的定義，5G包括了如下圖所示的兩個(gè)頻譜范圍，分別是Sub-6GHz低頻和mmWave毫米波高頻，在每個(gè)范圍內(nèi)又細(xì)分了數(shù)十個(gè)頻段號(hào)用于分配給不同國(guó)家的不同電信運(yùn)營(yíng)商使用。

 

比如中國(guó)移動(dòng)得到了2515MHz-2675MHz和4899MHz-4900MHz兩個(gè)頻段，中國(guó)電信得到了3400MHz-3500MHz頻段，而中國(guó)聯(lián)通則被分配到了3500MHz-3600MHz頻段，放眼全球則各個(gè)電信運(yùn)營(yíng)商頻段的分配就更加復(fù)雜。

 

不同的頻段在5G通信設(shè)備里都對(duì)應(yīng)著特定的射頻前端系統(tǒng)的硬件支持，對(duì)于5G通信設(shè)備而言，如何在擁擠而復(fù)雜的頻譜環(huán)境中讓自己不被其他頻段設(shè)備干擾就成為了設(shè)計(jì)師必須要考慮的問(wèn)題。

 

5G頻譜分布圖

 

此外，5G移動(dòng)終端設(shè)備除了支持5G通信制式以外，還必須向下兼容老的移動(dòng)通信制式，比如2G GSM、3G WCDMA/CDMA2000/TDSCDMA、4G TD-LTE/FD-LTE等在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍然會(huì)繼續(xù)提供服務(wù)，所以隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通信設(shè)備上務(wù)必會(huì)搭載越來(lái)越多種類的通信系統(tǒng)。

 

比如最近發(fā)布的華為Mate 30 Pro 5G手機(jī)采用了最先進(jìn)的5G天線設(shè)計(jì)，機(jī)身共有21根天線，搭載了包括5G、4G、3G、2G、WiFi、BT、GPS、NFC等在內(nèi)多達(dá)8種不同移動(dòng)通信系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在單獨(dú)工作的時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生干擾問(wèn)題，但當(dāng)不同的通信系統(tǒng)同時(shí)工作的情況下，產(chǎn)生的互調(diào)/交調(diào)頻譜分量或者噪聲信號(hào)很可能被抬高，導(dǎo)致某些極度敏感的通信系統(tǒng)（比如GPS）被嚴(yán)重干擾到無(wú)法正常工作。

 

集成包含5G在內(nèi)多種通信系統(tǒng)的手機(jī)仿真模型

 

5G通信技術(shù)下，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景大量爆發(fā)，除了移動(dòng)通信設(shè)備外，在汽車、工業(yè)設(shè)備，國(guó)防設(shè)備等平臺(tái)上也會(huì)搭載包括5G通信在內(nèi)的導(dǎo)航、探測(cè)、通信、測(cè)控、數(shù)傳等眾多射頻系統(tǒng)，豐富多樣的系統(tǒng)特性包括了復(fù)雜的調(diào)制類型、超寬的頻率范圍、豐富的功率電平等。

 

這些平臺(tái)上往往包含數(shù)十個(gè)射頻發(fā)射設(shè)備，這些發(fā)射設(shè)備中的倍頻器、混頻器、功率放大器等由于諧波泄漏、雜散輻射等會(huì)產(chǎn)生大量的交調(diào)產(chǎn)物，而擴(kuò)頻調(diào)制、調(diào)頻工作等使雜散輻射頻譜大量增加。

 

同時(shí)這些平臺(tái)上還包括了相當(dāng)數(shù)量的射頻接收設(shè)備，這些接收設(shè)備的工作頻段各有不同，其敏感頻率（如鏡像頻率，諧波頻率等）也各有不同，隨著軟件無(wú)線電、數(shù)字化中頻、寬帶接收等技術(shù)的采用，使這些接收系統(tǒng)受到干擾的潛在風(fēng)險(xiǎn)大大增加，這些復(fù)雜的電磁干擾以及與電磁頻譜相關(guān)的軍事力量、設(shè)備、系統(tǒng)和平臺(tái)的影響成為決定整體系統(tǒng)和平臺(tái)效能至關(guān)重要的因素。

 

搭載多種通信系統(tǒng)的平臺(tái)設(shè)備

 

完美的射頻系統(tǒng)抗干擾仿真方案需具備的幾大要素

 

ANSYS射頻系統(tǒng)抗干擾仿真方案提供了一個(gè)復(fù)雜射頻環(huán)境中電磁干擾仿真的數(shù)據(jù)管理與分析的整體框架，將尖端的仿真引擎與多保真參數(shù)化模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)任何環(huán)境下共址干擾的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，如運(yùn)載平臺(tái)、通信基站以及個(gè)人電子設(shè)備的共存和靈敏度降低等。并且針對(duì)不同保真度登記的已知數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行不同層級(jí)的仿真分析。

 

這套仿真解決方案的設(shè)計(jì)理念是允許設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)早期階段就開(kāi)始仿真，直至整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后的維護(hù)階段。在設(shè)計(jì)和集成的早期就可定位出共址干擾問(wèn)題，當(dāng)定位出干擾問(wèn)題，在對(duì)設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行否認(rèn)和修改之前，便可以在軟件中進(jìn)行改善策略的探索對(duì)比，從而幫助客戶節(jié)省大量成本。

 

而說(shuō)到射頻系統(tǒng)共址及抗干擾仿真解決方案，所需要注重的能力包括以下幾個(gè)方面。

 

1 內(nèi)置無(wú)線電模型庫(kù)和RF部件庫(kù)，方便射頻系統(tǒng)建模

 

多通信系統(tǒng)共存情況下的射頻抗干擾仿真的第一步是對(duì)射頻系統(tǒng)的建模，射頻系統(tǒng)包含了收發(fā)機(jī)、濾波器、雙工器、放大器、混頻器、天線等諸多器件，能夠支持用戶方便快捷地實(shí)現(xiàn)射頻系統(tǒng)建模成為抗干擾仿真工具的重要技術(shù)要求。

 

ANSYS EMIT內(nèi)置了多種通用的無(wú)線電模型庫(kù)，包括GSM、CDMA、WCDMA、LTE、GPS、WiFi、藍(lán)牙、VHF/UHF通信、SINCGARS、CDL等許多通用的無(wú)線電模型，用戶可以直接調(diào)出使用。對(duì)于實(shí)現(xiàn)特殊功能的定制化無(wú)線電模型，客戶也可以通過(guò)參數(shù)化輸入對(duì)其發(fā)射頻譜和接收頻譜進(jìn)行定義，也可通過(guò)導(dǎo)入測(cè)試數(shù)據(jù)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)未知無(wú)線電模型的建模。

 

EMIT內(nèi)置的無(wú)線電模型庫(kù)以及可擴(kuò)展的無(wú)線電模型

 

EMIT軟件中的無(wú)線電模型（Radio）可以是收發(fā)信機(jī)（Tranceiver）、發(fā)射機(jī)（Transmitter）或接收機(jī)（Receiver），一個(gè)無(wú)線電模型中可以定義多個(gè)頻段（Band），EMIT可對(duì)每個(gè)頻段配置相應(yīng)的頻率、功率電平、調(diào)制方式等無(wú)線系統(tǒng)參數(shù)。對(duì)于發(fā)射機(jī)頻譜可以配置頻譜類別、發(fā)射功率、近端相位噪聲、遠(yuǎn)端相位噪聲、諧波、雜散等指標(biāo)，對(duì)于接收機(jī)頻譜則可以配置帶內(nèi)敏感度門(mén)限、混頻器產(chǎn)物、帶外雜散、飽和電平等參數(shù)。

 

ANSYS EMIT：完美解決復(fù)雜環(huán)境中的射頻干擾(RFI)

 

ANSYS EMIT是用于復(fù)雜環(huán)境中射頻干擾(RFI)仿真的業(yè)界領(lǐng)先軟件。EMIT與ANSYS HFSS緊密配合，將射頻系統(tǒng)干擾分析與行業(yè)領(lǐng)先的電磁仿真相結(jié)合，能夠?qū)μ炀€到天線耦合進(jìn)行建模，能夠可靠地預(yù)測(cè)多天線環(huán)境（具有多個(gè)發(fā)射器和接收器）中的RFI影響。眾所周知，在測(cè)試環(huán)境中診斷復(fù)雜環(huán)境內(nèi)的RFI非常困難而且成本高昂，但是，利用EMIT的動(dòng)態(tài)鏈接結(jié)果視圖，就可以通過(guò)圖形化信號(hào)跟蹤和診斷總結(jié)功能顯示干擾信號(hào)的源頭以及其到達(dá)接收器的路徑，從而快速確定任何干擾的根源。一旦找到干擾原因，EMIT就能快速評(píng)估各種RFI緩解措施，從而實(shí)現(xiàn)解決方案優(yōu)化。

 

除了對(duì)無(wú)線電模型的快速參數(shù)化建模外，EMIT還內(nèi)置包含濾波器、多工器、環(huán)形器、隔離器、功分器、放大器、線纜等在內(nèi)的全面RF部件庫(kù)，這些寬帶部件模型可以生成搭建射頻系統(tǒng)所用的模塊，這些部件模型可以利用EMIT內(nèi)置參數(shù)化模型指定指標(biāo)，或者通過(guò)其他仿真工具或測(cè)量獲得的特性數(shù)據(jù)生成模型。射頻系統(tǒng)模型中用到的無(wú)線電模型、RF部件和天線等模型的定義可保存在EMIT部件庫(kù)中以供將來(lái)使用，也可以共享給其他用戶使用。

 

包含發(fā)射和接收系統(tǒng)的EMIT仿真模型

 

2 支持多種保真度的天線耦合模型

 

射頻系統(tǒng)的干擾路徑主要基于各系統(tǒng)天線之間的空間耦合，所以天線耦合數(shù)據(jù)成為決定射頻系統(tǒng)抗干擾仿真準(zhǔn)確性的重要組成部分。對(duì)于設(shè)計(jì)初期的系統(tǒng)共存仿真驗(yàn)證工作而言，該階段一般尚不具備搭載通信系統(tǒng)的平臺(tái)設(shè)備模型以及各系統(tǒng)天線的具體設(shè)計(jì)模型，所以此時(shí)并不能通過(guò)傳統(tǒng)電磁場(chǎng)仿真工具得到天線耦合數(shù)據(jù)。

 

而EMIT有多種天線耦合數(shù)據(jù)的定義方式，提供包括恒定耦合、路徑損耗、路徑損耗+增益、以及S參數(shù)等在內(nèi)的多保真度天線耦合數(shù)據(jù)供用戶選擇，耦合數(shù)據(jù)的精度隨之增加。

 

恒定耦合是指天線耦合量為用戶設(shè)定的與頻率無(wú)關(guān)的常數(shù)，用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期的天線耦合度指標(biāo)分配。

路徑損耗天線模型的耦合量為基于自由空間內(nèi)天線之間的路徑損耗，用于在設(shè)計(jì)初期考慮天線放置的不同位置對(duì)干擾程度的影響。

 

EMIT還可以考慮自由空間內(nèi)天線之間路徑損耗以及相對(duì)方向上的增益計(jì)算得到的耦合量，用于獲悉天線設(shè)計(jì)類型之后的更準(zhǔn)確的天線耦合數(shù)據(jù)提取，最準(zhǔn)確的方法則是通過(guò)測(cè)試或電磁場(chǎng)仿真得到的寬帶S參數(shù)數(shù)據(jù)用于表征耦合量，此數(shù)據(jù)充分考慮搭載通信系統(tǒng)平臺(tái)和天線的相互影響，適合用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后的最終抗干擾性能仿真驗(yàn)證。

 

EMIT多保真度的天線耦合數(shù)據(jù)模型

 

EMIT內(nèi)置了多種近似天線耦合模型，用于在具備更精確的天線隔離數(shù)據(jù)之前進(jìn)行系統(tǒng)共址的抗干擾分析，在缺乏特定耦合數(shù)據(jù)的情況下，EMIT也可以用來(lái)計(jì)算避免產(chǎn)生干擾所需的天線間的耦合量。

 

3 快速準(zhǔn)確的天線耦合仿真算法

 

為了實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的系統(tǒng)抗干擾仿真，用戶需要用到更準(zhǔn)確的天線耦合數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻系統(tǒng)的建模，EMIT能夠?qū)胩炀€測(cè)試數(shù)據(jù)作為耦合模型，支持使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Touchstone文件格式描述的寬帶多端口隔離數(shù)據(jù)，而無(wú)需將所有的數(shù)據(jù)容納在單個(gè)Touchstone文件中，因?yàn)镋MIT會(huì)將所有待考慮天線間的多組數(shù)據(jù)自動(dòng)整合在一起。

 

EMIT還可以與ANSYS高頻電磁場(chǎng)仿真工具HFSS聯(lián)合工作，使用其商業(yè)化的電磁求解器對(duì)多天線、大尺寸的問(wèn)題進(jìn)行快速準(zhǔn)確求解得到天線耦合數(shù)據(jù)。

 

HFSS具有的增強(qiáng)彈跳射線法（SBR+）求解器，利用射線追蹤技術(shù)求解天線在加載到大型平臺(tái)上以后的輻射性能和耦合數(shù)據(jù)，而且SBR+在傳統(tǒng)的彈跳射線法基礎(chǔ)上添加了多種改良算法，可以計(jì)算以前SBR算法無(wú)法求解的邊緣電流修正、入射波衍射、陰暗區(qū)電流分布、以及平臺(tái)表面爬行波等各方面的影響，是業(yè)界最精準(zhǔn)的射線法求解工具，可以輕松得到多副天線的互耦數(shù)據(jù)。

 

HFSS SBR+求解器仿真復(fù)雜平臺(tái)的天線性能

 

除了算法層面，HFSS作為專業(yè)的電磁場(chǎng)仿真軟件還具有其他方面的巨大優(yōu)勢(shì)，集成了天線設(shè)計(jì)庫(kù)，包含有數(shù)十種實(shí)際工程中常見(jiàn)的天線種類，用戶可以直接方便快捷地調(diào)用各種天線形式，還具備其他射線追蹤工具所不具備的物理模型，擁有與業(yè)界主流三維MCAD軟件的接口，準(zhǔn)確高效地實(shí)現(xiàn)大型平臺(tái)模型的導(dǎo)入導(dǎo)出。

 

軟件具有強(qiáng)大的圖形界面，可以直觀地了解天線在大型平臺(tái)上的輻射場(chǎng)圖，以及表面電流的分布情況等。絕大多數(shù)任務(wù)都在不超過(guò)8G內(nèi)存下完成求解，再配合HPC，利用硬件多核CPU和GPU加速，實(shí)現(xiàn)快速仿真得到結(jié)果。

 

4 考慮多射頻系統(tǒng)所有干擾因素

 

EMIT的1對(duì)1收發(fā)系統(tǒng)仿真對(duì)一對(duì)單獨(dú)Tx/Rx通道進(jìn)行仿真，同時(shí)包括了收發(fā)系統(tǒng)相關(guān)的器件（如濾波器、電纜、放大器等）和天線的耦合度（ATA），最后計(jì)算出接收機(jī)Rx的射頻干擾冗余度。

 

EMIT功率流分析仿真射頻系統(tǒng)干擾

 

EMIT寬帶射頻干擾冗余度仿真結(jié)果見(jiàn)下圖所示，藍(lán)色曲線為接收機(jī)的敏感度門(mén)限，該曲線代表了接收機(jī)的寬帶敏感度指標(biāo)。

 

由于接收通道上混頻器的非線性效應(yīng)，所以不僅接收帶內(nèi)的干擾信號(hào)會(huì)影響靈敏度，在帶外某些頻點(diǎn)的干擾信號(hào)與接收混頻器進(jìn)行高階互調(diào)，產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物也可能落在接收帶內(nèi)，從而引起接收機(jī)敏感度惡化，所以接收通道需要同時(shí)考慮帶內(nèi)和帶外干擾信號(hào)對(duì)靈敏度的影響。

 

下圖中橙色曲線是從發(fā)射系統(tǒng)耦合至接收端口的頻譜分量，低于藍(lán)色敏感度門(mén)限的頻點(diǎn)表示不會(huì)對(duì)接收機(jī)靈敏度造成干擾，而對(duì)超過(guò)門(mén)限的頻點(diǎn)則是引起接收通道性能惡化的來(lái)源。

 

接收通道寬帶射頻干擾冗余度仿真結(jié)果

 

EMIT還能計(jì)算帶內(nèi)的峰值射頻干擾余量。由于混頻器、放大器等通道上的多個(gè)非線性器件，導(dǎo)致經(jīng)過(guò)多次復(fù)雜交調(diào)互調(diào)后可能落在接收帶內(nèi)的干擾信號(hào)譜非常豐富，如果分別考慮這些信號(hào)對(duì)接收敏感度的影響，從上面的寬帶射頻冗余度結(jié)果來(lái)看都不會(huì)對(duì)接收系統(tǒng)靈敏度造成干擾。

 

但是，這些信號(hào)疊加起來(lái)產(chǎn)生的帶內(nèi)噪聲電平就很有可能超過(guò)接收機(jī)敏感度門(mén)限，造成靈敏度惡化。所以如下圖所示，EMIT的帶內(nèi)峰值射頻干擾余量則把多個(gè)落在接收帶內(nèi)的干擾信號(hào)疊加起來(lái)，觀察是否超越了接收機(jī)門(mén)限。

 

帶內(nèi)峰值射頻干擾余量

 

EMIT還可以仿真當(dāng)多個(gè)發(fā)射系統(tǒng)同時(shí)工作時(shí)，在多通道之間產(chǎn)生的有源互調(diào)交調(diào)產(chǎn)物，這些產(chǎn)物主要來(lái)源于兩個(gè)方面。

第一是多發(fā)射機(jī)同時(shí)工作，產(chǎn)生的發(fā)射頻譜耦合到接收機(jī)后與接收通道上的射頻前端非線性器件（如低噪聲放大器、混頻器等）產(chǎn)生的交叉調(diào)試

第二是不同發(fā)射通道之間的互調(diào)，發(fā)射頻譜耦合到其他發(fā)射通道中，與其他通道內(nèi)的非線性器件（如功率放大器、隔離器等）發(fā)生互調(diào)，得到的互調(diào)產(chǎn)物會(huì)由該發(fā)射通道往外二次耦合至接收通道，從而影響接收機(jī)靈敏度

 

 

多射頻系統(tǒng)同時(shí)工作時(shí)的干擾效應(yīng)

   

5 直觀的結(jié)果顯示和干擾診斷功能

 

EMIT提供不同層級(jí)的直觀結(jié)果顯示，通過(guò)場(chǎng)景矩陣結(jié)果可快速查看平臺(tái)上哪個(gè)射頻系統(tǒng)受到了干擾，而通過(guò)電磁干擾邊限圖，則可以完整的獲得收發(fā)通道的寬帶干擾情況，并能夠自動(dòng)識(shí)別每種類型干擾的根源。

 

利用結(jié)果分組過(guò)濾器，用戶很容易從結(jié)果中排除特定類型的干擾（如共通道干擾），這樣便可以看到最關(guān)心問(wèn)題的結(jié)果，從結(jié)果的角度快速定位出干擾因素，從而可建議采取合適的改善措施。

 

多射頻系統(tǒng)干擾仿真可視化結(jié)果

 

EMIT的快速 “what if” 分析功能可以快速評(píng)估可用的干擾改善措施。例如，在調(diào)頻系統(tǒng)干擾分析中，可以從庫(kù)中快速拖放一個(gè)可調(diào)濾波器加入接收機(jī)通道，從而可以立即評(píng)估該濾波器的干擾改善效果。

 

在EMIT先進(jìn)的界面下，通過(guò)高層級(jí)和低層級(jí)的分析匯總，以及內(nèi)置的自動(dòng)化診斷功能，用戶可以輕而易舉地把射頻系統(tǒng)間的干擾情況顯現(xiàn)出來(lái)。

 

EMIT的快速“what if”分析功能

 

常見(jiàn)的射頻系統(tǒng)抗干擾仿真案例介紹

 

 

整車

 

如今，汽車總體通常搭載多個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)，這些通信系統(tǒng)的天線往往被放置得比較靠近，天線之間的相互耦合會(huì)帶來(lái)共址干擾問(wèn)題，惡化部分敏感系統(tǒng)的接收性能，甚至使其功能徹底喪失，這就使得在汽車上的多通信系統(tǒng)共址干擾影響的研究十分必要。

 

下圖是搭載了5個(gè)射頻收發(fā)系統(tǒng)的汽車整體工作場(chǎng)景，GPS接收設(shè)備、WiFi收發(fā)設(shè)備、FM接收機(jī)、VHF/UHF收發(fā)機(jī)被分布在汽車的不同位置上。

 

搭載多個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)的汽車模型

 

使用HFSS對(duì)各個(gè)天線進(jìn)行三維空間輻射場(chǎng)性能仿真，將通過(guò)仿真得到的各天線輻射場(chǎng)結(jié)果搭載在汽車的相應(yīng)位置上，使用HFSS的增強(qiáng)彈跳射線法求解器計(jì)算得到考慮汽車平臺(tái)效應(yīng)的各天線之間的寬帶耦合S參數(shù)結(jié)果。

 

HFSS SBR+求解器仿真得到的多天線耦合S參數(shù)

 

下方左側(cè)矩陣圖的最右側(cè)一列則反映了三個(gè)發(fā)射通道同時(shí)工作時(shí)的受擾情況，對(duì)GPS接收設(shè)備而言，每個(gè)發(fā)射系統(tǒng)單獨(dú)工作時(shí)都不會(huì)影響其敏感度，但是三個(gè)發(fā)射系統(tǒng)同時(shí)打開(kāi)后，矩陣中的紅色單元框表示GPS接收設(shè)備此時(shí)受擾了。而右圖顯示出影響GPS帶內(nèi)敏感度的雜散頻譜以及其來(lái)源。

 

EMIT軟件多射頻系統(tǒng)抗干擾分析結(jié)果

 

為了消除受擾影響，在VHF收發(fā)機(jī)和FM接收系統(tǒng)通道都加上帶通濾波器，可以濾除帶外雜散的影響，也可以減小不同發(fā)射通道間的互調(diào)產(chǎn)物，改善GPS接收帶內(nèi)敏感度。

 

下圖為使用抗干擾方案后的抗干擾分析結(jié)果，所有矩陣單元都為綠色，這表明所有干擾效應(yīng)都已被消除。

 

使用抗干擾方案后的分析結(jié)果

 

 

無(wú)人機(jī)與基站

 

5G時(shí)代，萬(wàn)物互聯(lián)，無(wú)人機(jī)的使用將會(huì)越來(lái)越普及，在給人們生活帶來(lái)便利的同時(shí)，無(wú)人機(jī)作為工作在復(fù)雜電磁環(huán)境里的設(shè)備可能對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生干擾，也可能被其他高功率發(fā)射的設(shè)備（如同通信基站）干擾，設(shè)計(jì)師需要知道無(wú)人機(jī)和基站需要至少保持多遠(yuǎn)的距離才能確保無(wú)人機(jī)能夠正常工作而不被基站干擾。

 

下面是使用HFSS對(duì)通信基站的近場(chǎng)仿真結(jié)果，可以得到距離基站不同距離條件下不同方向上的基站發(fā)射的電磁場(chǎng)近場(chǎng)分布。

 

通信基站周圍的電磁場(chǎng)近場(chǎng)分布

 

EMIT可以對(duì)基站和無(wú)人機(jī)兩個(gè)系統(tǒng)的所有發(fā)射和接收通道進(jìn)行建模，通過(guò)功率流的分析方法對(duì)接收系統(tǒng)是否受擾進(jìn)行仿真，生成如下圖所示的豐富的結(jié)果報(bào)告。

 

右上方的矩陣圖清晰地顯示LTE基站的發(fā)射信號(hào)對(duì)C2接收通道產(chǎn)生了干擾，而且當(dāng)LTE基站和無(wú)人機(jī)視頻下載系統(tǒng)兩個(gè)發(fā)射通道同時(shí)工作時(shí)會(huì)使GPS接收信道的靈敏度余量不足（矩陣中右上黃色單元格所示）。

 

EMIT對(duì)無(wú)人機(jī)和基站共存時(shí)射頻系統(tǒng)抗干擾仿真結(jié)果

 

在上圖結(jié)果的正上方的系統(tǒng)交互框圖中，EMIT用紅線明確指出了干擾的源頭和產(chǎn)生的路徑，對(duì)C2接收機(jī)造成的干擾來(lái)源于900MHz的LTE基站發(fā)射系統(tǒng)，基站的發(fā)射功率經(jīng)過(guò)基站與無(wú)人機(jī)之間的天線耦合進(jìn)入了C2接收機(jī)的接收通道，直接惡化了接收機(jī)的靈敏度。

 

上圖正下方的頻譜曲線則顯示了造成干擾的所有頻點(diǎn)，以及造成干擾的噪聲類型，此案例中對(duì)C2接收機(jī)的干擾是因?yàn)長(zhǎng)TE基站的發(fā)射功率超過(guò)了接收機(jī)的帶外飽和電平。

 

為解決該干擾問(wèn)題，直接在系統(tǒng)原理圖里通過(guò)簡(jiǎn)單拖拽的方式，在C2接收機(jī)通道前端添加帶通濾波器，器件的帶內(nèi)損耗、帶外抑制度等指標(biāo)都可參數(shù)化定義，也可通過(guò)導(dǎo)入實(shí)際濾波器S參數(shù)的形式對(duì)其進(jìn)行配置，重新仿真即可在矩陣中觀察到C2接收機(jī)通道的干擾問(wèn)題已被解決。

  

快速實(shí)施抗干擾措施使干擾解除

 

以上案例展示了利用仿真的必要性，在日益互聯(lián)的世界中，無(wú)線系統(tǒng)的數(shù)量激增，其發(fā)生干擾和性能劣化的可能性也隨之增加。ANSYS提供面向所有學(xué)科領(lǐng)域的世界級(jí)仿真解決方案，無(wú)論是手持終端設(shè)備還是大型軍用系統(tǒng)，ANSYS EMIT都能幫助您解決高難度的共址干擾問(wèn)題，集成了電磁和電路/系統(tǒng)領(lǐng)域的所有技術(shù)，能夠在復(fù)雜環(huán)境中全面仿真所有無(wú)線系統(tǒng)的性能，其獨(dú)特的多保真度建模方案提供極其有用的仿真，能夠在只獲得不完整的設(shè)計(jì)與性能參數(shù)的情況下推進(jìn)早期的設(shè)計(jì)決策。工程師可以在設(shè)計(jì)過(guò)程的早期階段評(píng)估盡可能多的備選方案，然后評(píng)估設(shè)計(jì)空間以優(yōu)化關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。通過(guò)利用專業(yè)仿真軟件在研發(fā)早期階段確定有可能發(fā)生干擾的位置，企業(yè)能夠避免干擾問(wèn)題，減少后期修復(fù)問(wèn)題的成本和降低風(fēng)險(xiǎn)。

 

 

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