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          基站天線亟待“瘦身” 介質(zhì)貼片天線技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破

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          日期:2022-05-16 14:24:04    來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)    

          創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)介質(zhì)貼片天線的設(shè)計(jì)理論突破,提出一種新型變?nèi)荻O管加載方案,引入耦合電容的概念,解決了傳統(tǒng)天線的能耗問(wèn)題,首次實(shí)現(xiàn)具有高輻射效率的頻率可重構(gòu)介質(zhì)貼片天線及陣列……在近日舉行的第十七屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽“黑科技”專項(xiàng)賽中,南通大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)生團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型天線,被評(píng)為“恒星”級(jí)作品并榮獲該專項(xiàng)全國(guó)一等獎(jiǎng)。

          該成果結(jié)合可重構(gòu)技術(shù)和介質(zhì)貼片天線技術(shù),為日后天線的發(fā)展做出了嘗試。不僅如此,他們的介質(zhì)貼片天線還申請(qǐng)到了3項(xiàng)國(guó)家專利,并且受到了通訊基站天線行業(yè)龍頭企業(yè)的青睞。

          基站天線亟待“瘦身”

          作為無(wú)線通信系統(tǒng)中收發(fā)信號(hào)的部件,天線在信息傳輸中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。“天線可以說(shuō)是無(wú)處不在,生活中凡是無(wú)線通信都要用到天線。”團(tuán)隊(duì)成員、信息與通信工程專業(yè)19級(jí)碩士研究生唐世昌介紹道,“目前大規(guī)模使用的是金屬天線,也叫作微帶貼片天線,雖然這種天線能滿足現(xiàn)階段的發(fā)展需求,但隨著通信頻率的升高,它的輻射效率就會(huì)逐漸降低,也會(huì)產(chǎn)生更大的能量損耗。”

          去年11月,工信部指出,在“十四五”期間我國(guó)力爭(zhēng)建成全球規(guī)模最大的5G獨(dú)立組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

          隨著以5G為基石的“智聯(lián)萬(wàn)物”時(shí)代拉開(kāi)序幕,為滿足高速率、大容量的通信需求,當(dāng)前基站上堆積了大量功能單一的天線,造成了體積和能耗的激增。如何讓天線具有更高性能且更加靈巧,是擺在5G時(shí)代甚至是6G時(shí)代面前的一道難題。

          介質(zhì)貼片天線技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破

          “我們剛開(kāi)始時(shí)先借鑒了介質(zhì)諧振器天線的工作機(jī)理,把介質(zhì)材料和基板材料相結(jié)合,天線在通信頻率不斷增高的情況下也能保障穩(wěn)定且高效的輻射效率。”團(tuán)隊(duì)成員、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生王曉凡說(shuō)道。

          但是相較于傳統(tǒng)的純金屬天線來(lái)說(shuō),在加工時(shí),天線使用的不同材料性能不同,在加熱過(guò)程中會(huì)發(fā)生不同的變化導(dǎo)致無(wú)法融合。

          在探索中,香港城市大學(xué)兩位教授提出的一種介質(zhì)貼片天線的基本模型引起了團(tuán)隊(duì)成員的關(guān)注。

          “介質(zhì)貼片天線,是一種新型的準(zhǔn)平面化天線,相較于傳統(tǒng)金屬天線,它的尺寸減小了50%,效率能提升10%以上。”團(tuán)隊(duì)成員、信息與通信工程專業(yè)19級(jí)碩士研究生王雪穎說(shuō)道,在南通大學(xué)教授陳建新的指導(dǎo)下,團(tuán)隊(duì)利用可重構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了介質(zhì)貼片天線。

          “傳統(tǒng)的天線是按照某個(gè)定向場(chǎng)景設(shè)計(jì)的,相當(dāng)于一個(gè)天線只能服務(wù)于單個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。”陳建新教授介紹道,“如果在單個(gè)天線上引入可重構(gòu)技術(shù),把天線的性能重新構(gòu)造,使其能夠自由切換,應(yīng)對(duì)不同的場(chǎng)景,不僅能降低基站的建設(shè)成本、通信平臺(tái)上的天線數(shù)量,更適應(yīng)我們現(xiàn)在社會(huì)多樣的應(yīng)用場(chǎng)景以及用戶多元化的通信需求。”

          “當(dāng)時(shí),陳建新老師提醒我們關(guān)注介質(zhì)貼片諧振器的層疊結(jié)構(gòu),讓我們嘗試充分挖掘它的優(yōu)勢(shì)。”王曉凡說(shuō),“因此我們進(jìn)行了文獻(xiàn)調(diào)研,發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)的調(diào)諧元件加載方案會(huì)惡化天線輻射性能的問(wèn)題。”于是,團(tuán)隊(duì)結(jié)合諧振器的層疊結(jié)構(gòu),吸取傳統(tǒng)金屬天線的優(yōu)點(diǎn),決定在他們研究的介質(zhì)貼片天線第二層的基板放置可調(diào)元件,因?yàn)檫\(yùn)用了陶質(zhì)材料,所以并不會(huì)影響到諧振器輻射時(shí)的工作特性,完美地把電容二極管作為可調(diào)元件,將可重構(gòu)技術(shù)運(yùn)用到介質(zhì)貼片天線上。

          可以預(yù)見(jiàn),隨著新材料和新工藝的不斷涌現(xiàn),毫米波介質(zhì)貼片天線的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將迎來(lái)新一輪的研究熱潮。“我們未來(lái)將致力于把介質(zhì)貼片天線的研究拓展到毫米波頻段,讓介質(zhì)貼片天線滿足更加豐富、更加多樣、更加嚴(yán)苛的應(yīng)用需求。”唐世昌告訴記者。(記者 張 曄 通訊員 范 蘇 鐘鈺婷)

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