新型天線：未來5G手機革命性技術(shù)突破

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

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

(圖片來源于:芬蘭阿爾托大學)

引言

下一代無線通信技術(shù)5G的腳步已經(jīng)悄然接近。然而,天線技術(shù),在無線通信系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。芬蘭阿爾托大學的研究人員,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)射和接受無線電波,傳統(tǒng)的手機天線一般暴露于手機外部,而新型手機天線一般隱藏于機身內(nèi)部。另外,傳統(tǒng)的手機天線都是由模擬部件組成的,使用的是半個世紀前的技術(shù)。傳統(tǒng)情況下,一個天線可以工作在一個或者幾個不同頻率下。天線,一直在通信終端和系統(tǒng)中處于很重要的地位。

然而,對于5G系統(tǒng)來說,天線技術(shù)也很重要,IntelligentThings曾在《Flex5Gware項目:推動5G平臺及關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)》(點此閱讀)一文,以及《“氮化鎵”制成的功率放大器助力5G無線移動通信》(點此閱讀)一文,都有提及天線技術(shù),特別是實現(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:使用單個天線同時同頻收發(fā)數(shù)據(jù)》(點此閱讀),也指出了使用單個天線支持全雙工通信的技術(shù)。由此看來,天線技術(shù)對于下一代5G通信系統(tǒng)來說,扮演著很重要角色。

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

新天線技術(shù)簡介

現(xiàn)在,芬蘭研究人員使用高級數(shù)字電子技術(shù)取代模擬技術(shù),將幾個小天線元件組合成單個天線使用。這個天線,可工作在任何頻率下。所以,許多智能手機應(yīng)用,例如GPS、藍牙、Wi-Fi不再需要自己單獨的天線,所有這些手機上的數(shù)據(jù)傳輸,可以通過單個數(shù)字天線進行。

這項技術(shù),不僅方便了手機的設(shè)計,同時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通信系統(tǒng)5G的數(shù)據(jù)傳輸速率的要求,比目前的手機要快100到1000倍。并且,由于這種技術(shù)的高效性,功耗也相對低,所以電池壽命也會相應(yīng)提高。

新技術(shù)的意義

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

使用這種標準技術(shù)設(shè)計天線,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,不能二者不能同時兼得。最近,移動手機天線的輻射效率最近有所下降,這是因為其使用的頻率范圍持續(xù)增加。較低的輻射效率,又導致了較短的傳輸范圍,所以運營商需要通過更加密集的基站網(wǎng)絡(luò)來補償。在手機和基站端,都浪費了不少能量。另外,由于基站網(wǎng)絡(luò)密度的增加,成本也相應(yīng)上升。

無線電工程專業(yè)的教授Ville Viikari,認為這項新技術(shù)將為5G移動手機帶來徹底的技術(shù)變革,也讓芬蘭引領(lǐng)移動手機天線的開發(fā)。在21世紀初,芬蘭科學家開發(fā)的天線成為了目前手機使用的主流天線。另外,偉大的手機制造商諾基亞也是芬蘭企業(yè)?，F(xiàn)在,這項新技術(shù)或許又將引領(lǐng)新一代移動手機終端。

未來展望

下一步,研究人員計劃和華為進行配合,使用5G移動手機設(shè)備進行測試,同時也將和阿爾托大學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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