新型天線：未來(lái)5G手機(jī)革命性技術(shù)突破

2016-11-07 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

一般手機(jī)的天線位于手機(jī)的頂部和底部,使得觸摸屏無(wú)法完整覆蓋整個(gè)手機(jī)。然而,一種新型天線,則需要更小的空間,使得手機(jī)顯示屏可以變得更大,手機(jī)的設(shè)計(jì)也變得更加自由。

(圖片來(lái)源于:芬蘭阿爾托大學(xué))

引言

下一代無(wú)線通信技術(shù)5G的腳步已經(jīng)悄然接近。然而,天線技術(shù),在無(wú)線通信系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。芬蘭阿爾托大學(xué)的研究人員,使用了一種新型技術(shù)手段,讓天線從模擬走向數(shù)字,使其占有空間更小,傳輸數(shù)據(jù)速度更快,輻射效率更高。

天線技術(shù)的重要性

天線,用于發(fā)射和接受無(wú)線電波,傳統(tǒng)的手機(jī)天線一般暴露于手機(jī)外部,而新型手機(jī)天線一般隱藏于機(jī)身內(nèi)部。另外,傳統(tǒng)的手機(jī)天線都是由模擬部件組成的,使用的是半個(gè)世紀(jì)前的技術(shù)。傳統(tǒng)情況下,一個(gè)天線可以工作在一個(gè)或者幾個(gè)不同頻率下。天線,一直在通信終端和系統(tǒng)中處于很重要的地位。

然而,對(duì)于5G系統(tǒng)來(lái)說(shuō),天線技術(shù)也很重要,IntelligentThings曾在《Flex5Gware項(xiàng)目:推動(dòng)5G平臺(tái)及關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)》(點(diǎn)此閱讀)一文,以及《“氮化鎵”制成的功率放大器助力5G無(wú)線移動(dòng)通信》(點(diǎn)此閱讀)一文,都有提及天線技術(shù),特別是實(shí)現(xiàn)小體積,高帶寬,低功耗新型天線系統(tǒng)以及適用于毫米波技術(shù)的天線。另外,《新型全雙工通信芯片:使用單個(gè)天線同時(shí)同頻收發(fā)數(shù)據(jù)》(點(diǎn)此閱讀),也指出了使用單個(gè)天線支持全雙工通信的技術(shù)。由此看來(lái),天線技術(shù)對(duì)于下一代5G通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō),扮演著很重要角色。

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(圖片來(lái)源于:Negar Reiskarimian/Columbia Engineering)

新天線技術(shù)簡(jiǎn)介

現(xiàn)在,芬蘭研究人員使用高級(jí)數(shù)字電子技術(shù)取代模擬技術(shù),將幾個(gè)小天線元件組合成單個(gè)天線使用。這個(gè)天線,可工作在任何頻率下。所以,許多智能手機(jī)應(yīng)用,例如GPS、藍(lán)牙、Wi-Fi不再需要自己?jiǎn)为?dú)的天線,所有這些手機(jī)上的數(shù)據(jù)傳輸,可以通過(guò)單個(gè)數(shù)字天線進(jìn)行。

這項(xiàng)技術(shù),不僅方便了手機(jī)的設(shè)計(jì),同時(shí)也減少了原本天線所占用的空間,讓顯示屏變得更大。這種新的天線,也可以滿足下一代手機(jī)通信系統(tǒng)5G的數(shù)據(jù)傳輸速率的要求,比目前的手機(jī)要快100到1000倍。并且,由于這種技術(shù)的高效性,功耗也相對(duì)低,所以電池壽命也會(huì)相應(yīng)提高。

新技術(shù)的意義

這項(xiàng)新技術(shù),不僅為天線帶來(lái)了更大的通信帶寬、更高的數(shù)據(jù)傳輸率和輻射效率,也去除了以往傳統(tǒng)天線用來(lái)調(diào)諧特定頻率的模擬元件,從而有效促進(jìn)了天線設(shè)計(jì),使得天線更小且輻射效率更高。

使用這種標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)設(shè)計(jì)天線,還可以獲取更加寬泛的頻率范圍,以及更高的輻射效率。但是,不能二者不能同時(shí)兼得。最近,移動(dòng)手機(jī)天線的輻射效率最近有所下降,這是因?yàn)槠涫褂玫念l率范圍持續(xù)增加。較低的輻射效率,又導(dǎo)致了較短的傳輸范圍,所以運(yùn)營(yíng)商需要通過(guò)更加密集的基站網(wǎng)絡(luò)來(lái)補(bǔ)償。在手機(jī)和基站端,都浪費(fèi)了不少能量。另外,由于基站網(wǎng)絡(luò)密度的增加,成本也相應(yīng)上升。

無(wú)線電工程專業(yè)的教授Ville Viikari,認(rèn)為這項(xiàng)新技術(shù)將為5G移動(dòng)手機(jī)帶來(lái)徹底的技術(shù)變革,也讓芬蘭引領(lǐng)移動(dòng)手機(jī)天線的開發(fā)。在21世紀(jì)初,芬蘭科學(xué)家開發(fā)的天線成為了目前手機(jī)使用的主流天線。另外,偉大的手機(jī)制造商諾基亞也是芬蘭企業(yè)。現(xiàn)在,這項(xiàng)新技術(shù)或許又將引領(lǐng)新一代移動(dòng)手機(jī)終端。

未來(lái)展望

下一步,研究人員計(jì)劃和華為進(jìn)行配合,使用5G移動(dòng)手機(jī)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試,同時(shí)也將和阿爾托大學(xué)的研究人員一起開發(fā)控制天線的數(shù)字電子系統(tǒng)。

參考資料

【1】Jari-Matti Hannula, Jari Holopainen, Ville Viikari.Concept for Frequency Reconfigurable Antenna Based on Distributed Transceivers.IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2016; 1 DOI:10.1109/LAWP.2016.2602006

【2】http://www.aalto.fi/en/current/news/2016-08-31-002/

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