照片來源：Joni Kurvinen

阿爾托大學(xué)(Aalto University)的研究人員設(shè)計(jì)的一款原型手機(jī)展示了毫米波天線和LTE天線在單個(gè)設(shè)備上的共存。

任何新舊技術(shù)之間的轉(zhuǎn)換都存在兼容性問題，向5G無線通信的轉(zhuǎn)換也不例外。在這一轉(zhuǎn)換過程中，需要克服的一個(gè)障礙是在單個(gè)手機(jī)上同時(shí)包含支持LTE網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)妮^長波長的現(xiàn)有天線和可以支持5G網(wǎng)絡(luò)上毫米波長信號的新天線。在一項(xiàng)新的概念驗(yàn)證性研究中，阿爾托大學(xué)的Joni Kurvinen及其同事們展示了一種新設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)將兩種類型的天線整合在了一個(gè)設(shè)備中。

利用5G網(wǎng)絡(luò)的高頻波長，數(shù)據(jù)能以更高的速率傳輸，但這些波長往往在短距離內(nèi)非常快速地衰減。因此，人們希望擁有的新手機(jī)不僅能夠利用5G（其信號以28千兆赫左右的頻率傳輸），而且還能支持目前的4G LTE網(wǎng)絡(luò)（其信號以700兆赫茲甚至更高的頻率傳輸）。

問題是什么呢？

“LTE和毫米波頻率在頻譜上相差甚遠(yuǎn)，兩者無法用一根天線覆蓋。因此，需要多根天線。”Kurvinen解釋道。“主要的挑戰(zhàn)是天線的放置位置，它們既要裝配在移動設(shè)備中，又不會影響彼此的性能。”

目前，很多LTE天線都集成在手機(jī)的金屬邊框內(nèi)，作為一個(gè)耦合元件，在整個(gè)設(shè)備中激發(fā)諧振電流。Kurvinen及其同事的設(shè)計(jì)保持了這種方法，在手機(jī)底部一側(cè)的金屬邊框內(nèi)嵌入了一根LTE天線。在這種情況下，天線同時(shí)支持LTE網(wǎng)絡(luò)的低頻段和高頻段。

支持毫米波第二根天線被設(shè)計(jì)為其所有金屬部件與LTE天線的金屬部件距離足夠遠(yuǎn)。多遠(yuǎn)是足夠遠(yuǎn)？事實(shí)證明，把它放在手機(jī)底部邊框的另一側(cè)就足夠了。天線被塞入一個(gè)鉆在金屬邊框上的、允許毫米波輻射通過的洞里。

插圖來源：阿爾托大學(xué)/IEEE

該設(shè)備可以將毫米波天線封裝在與LTE天線相同的體積內(nèi)。

然后用塑料將洞填充起來，塑料對這一設(shè)計(jì)的支撐是多方面的。首先，塑料將LTE和毫米波天線相互隔離，這樣它們就不會干擾彼此的工作。其次，塑料還會降低饋送到毫米波天線的信號的波長，這使得天線結(jié)構(gòu)可以更小、更緊湊。

Kurvinen說：“這項(xiàng)研究可能是第一個(gè)將兩根天線完全包含在同一設(shè)備中的研究，而且，在不顯著犧牲任何一根天線的性能的情況下，將它們放在了一個(gè)共用空間內(nèi)。”

模擬及直接測量表明，這種雙天線系統(tǒng)的效率為60％，這對于移動電話系統(tǒng)而言已經(jīng)是相當(dāng)高的效率了。但對于這個(gè)數(shù)字，也有幾點(diǎn)需要注意的。Kurvinen及其同事們承認(rèn)，這是一款原型手機(jī)，它缺少商業(yè)化手機(jī)中出現(xiàn)的很多其他部件。更重要的是，這款原型機(jī)的印刷電路板的尺寸比典型的手機(jī)的要大。最后，這種設(shè)計(jì)僅支持去往和來自設(shè)備末端的毫米波通信，而為了達(dá)到最佳毫米波覆蓋，手機(jī)還應(yīng)配備產(chǎn)生寬邊輻射的天線，以便信號可以通過手機(jī)的顯示屏和/或后蓋接收。