一种新的手机设计,可以让手机同时接入4G和5G网络

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一种新的手机设计,可以让手机同时接入4G和5G网络

照片来源:Joni Kurvinen

阿尔托大学(Aalto University)的研究人员设计的一款原型手机展示了毫米波天线和LTE天线在单个设备上的共存。

任何新旧技术之间的转换存在兼容性问题,向5G无线通信的转换也不例外。在这一转换过程中,需要克服的一个障碍是在单个手机上同时包含支持LTE网络传输的较长波长的现有天线可以支持5G网络上毫米波长信号的新天线。在一项新的概念验证研究中,阿尔托大学的Joni Kurvinen及其同事们展示一种新设计,该设计将两种类型的天线整合在一个设备中。

利用5G网络的高频波长数据能以更高的速率传输,但这些波长往往在短距离内非常快速地衰减。因此,人们希望拥有的新手机不仅能够利用5G其信号以28千兆赫左右的频率传输而且还能支持目前的4G LTE网络(其信号700兆赫兹甚至更高的频率传输

问题是什么呢?

LTE和毫米波频率在频谱上相差甚远,两者无法用一根天线覆盖。因此,需要多天线Kurvinen解释道。主要的挑战是天线的放置位置它们既要装配在移动设备不会影响彼此的性能。

目前,很多LTE天线都集成在手机的金属边框内,作为一个耦合元件,在整个设备中激发谐振电流。Kurvinen及其同事的设计保持了这种方法,在手机底部一侧的金属边框内嵌入了一LTE天线。在这种情况下,天线同时支持LTE网络的低频段和高频段。

支持毫米波第二根天线被设计为其所有金属部件与LTE天线的金属部件距离足够远。多远是足够远?事实证明,把它放在手机底部边框的另一就足够了。天线被塞一个钻金属边框上、允许毫米波辐射通过的洞里。

一种新的手机设计,可以让手机同时接入4G和5G网络

插图来源:阿尔托大学/IEEE

该设备可以将毫米波天线封装在与LTE天线相同的体积内。

然后用塑料将洞填充起来塑料对这一设计的支撑是多方面的。首先,塑料将LTE和毫米波天线相互隔离,这样它们就不会干扰彼此的工作。其次,塑料还会降低馈送到毫米波天线的信号波长,使天线结构可以更小、更紧凑。

Kurvinen说“这项研究可能是第一个将两天线完全包含在同一设备中的研究,而且,在不显著牺牲任何一根天线的性能的情况下将它们放在一个共用空间内。

模拟直接测量表明,这种双天线系统的效率为60%,这对于移动电话系统而言已经是相当高的效率了。但对于这个数字,也有几点需要注意的Kurvinen及其同事们承认,这是一款原型手机,它缺少商业化手机中出现的很多其他部件。更重要的是,这原型的印刷电路板的尺寸比典型的手机的要大。最后,这种设计支持去往和来自设备末端毫米波通信,而为了达到最佳毫米波覆盖,手机还应配备产生宽边辐射的天线,以便信号可以通过手机的显示屏和/或后盖接收。


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