技术成熟前想要一款同时支持LTE和5G的手机?一种新型天线设计方案来解决这个问题

2019-01-10 10:43:33 来源:EEFOCUS
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智能手机内部空间有限,4G5G很难同时共存,但是,一组研究人员提出了一种新型天线设计方案,可以让单台手机同时支持LTE和5G通信。

任何新旧技术的转换都会带来兼容性问题,移动通信从4G向5G的过渡也不例外。在这个转变过程中,一个需要克服的障碍是怎么在单台手机中同时整合支持5G毫米波信号的新天线以及支持波长较长的LTE网络信号的现有天线。针对这个难题,阿尔托大学的Joni Kurvinen和同事们在一项新的概念验证研究课题中提出了一种新的设计方案,它可以在单台设备中同时集成这两种天线。

5G网络的高频波长特性可以实现更高的数据传输速度,但是波长短意味着信号往往会在较短的距离内快速衰减。所以,我们希望我们将来的新手机不仅能够支持信号频率大约为28GHz的5G网络,同时还能支持目前的4G LTE网络,在4G网络中,信号以700MHz和略高的频率进行传输。


问题怎么来的?
“LTE和毫米波信号的频段在频谱上相距甚远,无法用同一根天线同时覆盖这两个频段,所以必须使用多个天线,”Kurvinen解释道。“主要的挑战在于怎么放置这些天线,使得它们既可以被塞进移动设备中,也不会彼此影响性能。”

 


当前许多手机将LTE天线放在金属边框上,边框充当了耦合元件,可以激励整部手机中的谐振电流。Kurvinen和同事们的设计中也使用了这种方法,把LTE天线嵌入到手机底部一侧的金属边框内,它可以覆盖LTE网络的低频段和高频段。

第二根天线支持毫米波网络,它所有的金属部分都会远离LTE天线的金属部分。那么,这两个天线距离多远才合适呢?事实证明,把它放到手机底部边缘的另一侧就可以提供足够的距离了。天线滑入钻入到金属边框中的孔内,可以使得毫米波信号通过这里进入天线。

 


这个孔使用塑料进行填充,这种设计有好几个好处。首先,塑料可以把LTE和毫米波天线进行电气隔离,使得双方互不干扰。其次,塑料还能够减小馈送到毫米波天线上的信号波长,从而帮助实现更小和更紧凑的天线结构。

“我们的设计方案可能是全球第一个将4G和5G天线集成到同一台手机中的尝试,更重要的是,我们不会牺牲任何一个网络的性能。”Kurvinen说。

模拟测试和直接测量表明,这种双天线系统方案可以实现60%的信号传递效率,对于手机而言这个数字已经相当高了,但是,实现这么高的数字也是有代价的。Kurvinen和他的同事们承认,这只是一款原型手机,缺乏成熟的商业化手机中常见的许多组件。更为重要的是,这款原型设计的电路板尺寸比一般商业手机的尺寸要大。而且,这个设计仅支持在手机尾端进行毫米波通信,要想实现最佳的毫米波覆盖,手机还应该具备可以产生宽边辐射的天线,以便信号可以通过手机的显示器或者后盖。

 

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