要設(shè)計(jì)一款可用于現(xiàn)有4G并符合未來5G需求的智能手機(jī)天線，變得越來越困難了，因?yàn)樗仨毮茉谒械念l率范圍進(jìn)行傳送與接收。但其解決之道就是目前在先進(jìn)設(shè)計(jì)中所用的“多輸入多輸出”(MIMO)天線，或稱為多端口天線，它能以低廉但高效的方式分析頻段。

遺憾的是，當(dāng)今有經(jīng)驗(yàn)的天線設(shè)計(jì)人員經(jīng)常用“黑魔法”(他們的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和領(lǐng)悟)來臆測(cè)優(yōu)化天線配置應(yīng)該是什么樣的，然后針對(duì)所有的相關(guān)因素進(jìn)行模擬，有時(shí) 這得花上一整個(gè)星期的計(jì)算機(jī)作業(yè)時(shí)間。而如果成效不佳，他們就得再重新再做一次，直到取得理想的設(shè)計(jì)——但永遠(yuǎn)不知道其設(shè)計(jì)離優(yōu)化配置還差多少。

如今，美國北卡羅萊納州立大學(xué)(NCSU)的研究人員據(jù)稱已為此找到了更好的辦法。他們并未透過最有經(jīng)驗(yàn)的“黑魔法”RF專家來執(zhí)行詳細(xì)的模擬，而只是藉由消除所有最重要的參數(shù)來簡(jiǎn)化問題至其基本原理，從而解決了優(yōu)化的天線配置問題。這些算法能在幾分鐘內(nèi)執(zhí)行，而不必花費(fèi)數(shù)周的時(shí)間，讓RF專家能重復(fù)調(diào)整配置，直到實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。接著，就可以在進(jìn)行制造以前，利用傳統(tǒng)仿真器為設(shè)計(jì)進(jìn)行更詳細(xì)的驗(yàn)證。

3端口微帶平面天線的典型電路圖

“我們的動(dòng)機(jī)一開始是為了研究多端口天線，以及了解它如何在基本面作業(yè)，”北卡羅萊納大學(xué)教授Jacob Adams解釋，“我們的研究工作對(duì)于5G來說將會(huì)十分重要，因?yàn)槲覀儾⒎遣捎脗鹘y(tǒng)的全波仿真來實(shí)現(xiàn)每端口配置，而是在各種模式下建模天線為諧振器，然后插入虛擬埠，并評(píng)估其所在位置。”

這種方法的關(guān)鍵在于首先建模不帶輸入的天線——一般的技術(shù)通常不會(huì)做這么做——其結(jié)果是一種表現(xiàn)天線能響應(yīng)各種方式的特殊基本共振模式。

槽狀貼片天線的典型幾何形狀

“我們正在開發(fā)一種無信號(hào)源的天線建模途徑，這讓我們能為其導(dǎo)入信號(hào)源，并迅速觀察其反應(yīng)，”Adams表示：“獲得激勵(lì)的最終模式取決于接收到激勵(lì)類型與位置。”

研究人員使用這種方法，找到了最佳的天線配置，也避免了忽略所用材料等因素。根據(jù)Adams表示，傳統(tǒng)途徑缺少可發(fā)現(xiàn)絕對(duì)優(yōu)化的分析方法，“但我們能定義優(yōu)化配置應(yīng)該是什么，提出一種可用途徑，并且快速地測(cè)試它與優(yōu)化的理論值有多么接近。”

北卡羅萊納州立大學(xué)的第一諧振頻率(856.5-MHz)分貝(dB)地圖，其中，優(yōu)化的天線安裝位置以P表示，最糟的位置則以W表示

一旦近似算法找到最佳配置時(shí)，RF工程師即可執(zhí)行傳統(tǒng)算法，將材料特性、進(jìn)料的雙幾何形狀以及NCSU近似算法忽略的其他因素都加進(jìn)去考慮。相較于僅執(zhí)行傳統(tǒng)算法——大約需要116小時(shí)，這種方式只需15分鐘，更大幅節(jié)省了時(shí)間，因?yàn)樗械姆磸?fù)試驗(yàn)(trial-and-error)都已經(jīng)由 NCSU的模式完成了。

NCSU的第二諧振頻率分貝地圖