新型建模算法簡(jiǎn)化天線(xiàn)設計

　　要設計一款可用于現有4G并符合未來(lái)5G需求的智能手機天線(xiàn)，變得越來(lái)越困難了，因為它必須能在所有的頻率范圍進(jìn)行傳送與接收。但其解決之道就是目前在先進(jìn)設計中所用的“多輸入多輸出”（MIMO）天線(xiàn)，或稱(chēng)為多端口天線(xiàn)，它能以低廉但高效的方式分析頻段。

　　遺憾的是，當今有經(jīng)驗的天線(xiàn)設計人員經(jīng)常用“黑魔法”（他們的個(gè)人經(jīng)驗和領(lǐng)悟）來(lái)臆測優(yōu)化天線(xiàn)配置應該是什么樣的，然后針對所有的相關(guān)因素進(jìn)行模擬，有時(shí) 這得花上一整個(gè)星期的計算機作業(yè)時(shí)間。而如果成效不佳，他們就得再重新再做一次，直到取得理想的設計——但永遠不知道其設計離優(yōu)化配置還差多少。

　　如今，美國北卡羅萊納州立大學(xué)（NCSU）的研究人員據稱(chēng)已為此找到了更好的辦法。他們并未透過(guò)最有經(jīng)驗的“黑魔法”RF專(zhuān)家來(lái)執行詳細的模擬，而只是藉由消除所有最重要的參數來(lái)簡(jiǎn)化問(wèn)題至其基本原理，從而解決了優(yōu)化的天線(xiàn)配置問(wèn)題。這些算法能在幾分鐘內執行，而不必花費數周的時(shí)間，讓RF專(zhuān)家能重復調整配置，直到實(shí)現優(yōu)化。接著(zhù)，就可以在進(jìn)行制造以前，利用傳統仿真器為設計進(jìn)行更詳細的驗證。

　　3端口微帶平面天線(xiàn)的典型電路圖

　　“我們的動(dòng)機一開(kāi)始是為了研究多端口天線(xiàn)，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?zhuān)?ldquo;我們的研究工作對于5G來(lái)說(shuō)將會(huì )十分重要，因為我們并非采用傳統的全波仿真來(lái)實(shí)現每端口配置，而是在各種模式下建模天線(xiàn)為諧振器，然后插入虛擬埠，并評估其所在位置。”

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

　　槽狀貼片天線(xiàn)的典型幾何形狀

　　“我們正在開(kāi)發(fā)一種無(wú)信號源的天線(xiàn)建模途徑，這讓我們能為其導入信號源，并迅速觀(guān)察其反應，”Adams表示：“獲得激勵的最終模式取決于接收到激勵類(lèi)型與位置。”

　　研究人員使用這種方法，找到了最佳的天線(xiàn)配置，也避免了忽略所用材料等因素。根據Adams表示，傳統途徑缺少可發(fā)現絕對優(yōu)化的分析方法，“但我們能定義優(yōu)化配置應該是什么，提出一種可用途徑，并且快速地測試它與優(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(xiàn)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工程師即可執行傳統算法，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。相較于僅執行傳統算法——大約需要116小時(shí)，這種方式只需15分鐘，更大幅節省了時(shí)間，因為所有的反復試驗（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