阿爾托大學(Aalto University)的研究人員設計的一款原型手機展示了毫米波天線和LTE天線在單個設備上的共存。

任何新舊技術之間的轉換都存在兼容性問題，向5G無線通信的轉換也不例外。在這一轉換過程中，需要克服的一個障礙是在單個手機上同時包含支持LTE網絡傳輸的較長波長的現有天線和可以支持5G網絡上毫米波長信號的新天線。在一項新的概念驗證性研究中，阿爾托大學的Joni Kurvinen及其同事們展示了一種新設計，該設計將兩種類型的天線整合在了一個設備中。

利用5G網絡的高頻波長，數據能以更高的速率傳輸，但這些波長往往在短距離內非常快速地衰減。因此，人們希望擁有的新手機不僅能夠利用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網絡（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，兩者無法用一根天線覆蓋。因此，需要多根天線。”Kurvinen解釋道。“主要的挑戰是天線的放置位置，它們既要裝配在移動設備中，又不會影響彼此的性能。”

目前，很多LTE天線都集成在手機的金屬邊框內，作為一個耦合元件，在整個設備中激發諧振電流。Kurvinen及其同事的設計保持了這種方法，在手機底部一側的金屬邊框內嵌入了一根LTE天線。在這種情況下，天線同時支持LTE網絡的低頻段和高頻段。

支持毫米波第二根天線被設計為其所有金屬部件與LTE天線的金屬部件距離足夠遠。多遠是足夠遠？事實證明，把它放在手機底部邊框的另一側就足夠了。天線被塞入一個鉆在金屬邊框上的、允許毫米波輻射通過的洞里。

插圖來源：阿爾托大學/IEEE

該設備可以將毫米波天線封裝在與LTE天線相同的體積內。

然后用塑料將洞填充起來，塑料對這一設計的支撐是多方面的。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，這使得天線結構可以更小、更緊湊。

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

模擬及直接測量表明，這種雙天線系統的效率為60％，這對于移動電話系統而言已經是相當高的效率了。但對于這個數字，也有幾點需要注意的。Kurvinen及其同事們承認，這是一款原型手機，它缺少商業化手機中出現的很多其他部件。更重要的是，這款原型機的印刷電路板的尺寸比典型的手機的要大。最后，這種設計僅支持去往和來自設備末端的毫米波通信，而為了達到最佳毫米波覆蓋，手機還應配備產生寬邊輻射的天線，以便信號可以通過手機的顯示屏和/或后蓋接收。