一、设计阶段
需求分析
首先要根据 5G 网络的应用场景(如城市密集区域、室内分布系统、高速移动场景等)确定天线的性能要求。例如,在城市密集区域,需要天线有较高的增益和较窄的波束宽度,以增强信号的指向性,减少干扰。
考虑频段范围,5G 使用的频段包括 Sub - 6GHz 频段和毫米波频段。不同频段对天线的尺寸、材料等要求差异很大。毫米波频段天线尺寸较小,但对精度要求更高。
电磁仿真设计
利用电磁仿真软件(如 HFSS、CST 等)进行天线的初始设计。工程师通过设置天线的结构参数(如贴片形状、尺寸,馈电方式等),在软件中模拟天线的电磁特性,如反射系数、增益、辐射方向图等。
根据仿真结果反复调整天线设计,优化天线性能,直到满足预先设定的性能指标。
二、材料准备
导电材料选择
对于 5G 天线的辐射单元,常用的导电材料有铜、铝等金属。铜的导电性好,但成本相对较高;铝比较轻便,成本较低,但导电性稍逊。在毫米波频段,还会使用一些高性能的合金材料,以减少信号损耗。
这些导电材料通常以板材或箔材的形式准备,板材用于制作天线的基板,箔材用于制作天线的辐射贴片等部分。
介质材料选择
介质材料用于支撑天线结构和调节电磁特性。在 Sub - 6GHz 频段,常用的介质材料有 FR4(一种环氧玻璃布层压板)等。在毫米波频段,会使用低损耗的陶瓷材料或高性能的聚合物材料。
根据设计要求,将介质材料切割成合适的尺寸和形状,为后续的加工做准备。
三、加工成型
蚀刻工艺
对于基于印刷电路板(PCB)技术的 5G 天线,蚀刻是关键步骤。首先在准备好的覆铜板(铜箔附着在介质基板上)上涂覆光刻胶。
通过光刻技术将设计好的天线图案转移到光刻胶上,然后利用化学蚀刻液将不需要的铜箔蚀刻掉,留下天线的辐射贴片和馈电线路等结构。
注塑成型(部分天线)
对于一些采用塑料外壳封装的 5G 天线,需要进行注塑成型。将准备好的塑料颗粒(如高性能的工程塑料)加热熔化后,通过模具注塑成天线的外壳形状。在注塑过程中,要确保外壳的尺寸精度和表面质量,以便后续安装天线内部的辐射单元和其他组件。
四、组装与测试
组件安装
将蚀刻好的天线辐射单元安装到介质基板或注塑成型的外壳内,同时安装馈电接口、匹配电路等组件。馈电接口要确保良好的电气连接,匹配电路用于调整天线的输入阻抗,使其与传输线匹配,减少反射损耗。
性能测试
使用矢量网络分析仪等测试设备,对组装好的 5G 天线进行性能测试。主要测试天线的反射系数(S11 参数),确保其在工作频段内满足设计要求,一般要求反射系数小于 - 10dB。
测试天线的增益、辐射方向图等参数,通过与设计指标对比,对天线进行微调。如果性能不达标,需要检查组件安装是否正确、天线结构是否损坏等问题,并进行相应的修复和调整。经过反复测试和调整,直到天线性能达到合格标准,才能进入量产阶段。