社會嚴重依賴無線通信。許多人至少有一部手機；事實上，使用中的手機數(shù)量超過了地球目前的人口數(shù)量。預測顯示，在五年內(nèi)，將有超過40億臺額外的設(shè)備連接到蜂窩網(wǎng)絡(luò)。因此，數(shù)據(jù)流量將會增長，導致當前4G網(wǎng)絡(luò)的擁塞。為了緩解這個問題，世界正在轉(zhuǎn)向第五代(5G)移動通信，但這將需要對天線系統(tǒng)進行重大改變。電氣工程師和博士候選人Teun van den Biggelaar開發(fā)了一種基于相控陣方法的天線系統(tǒng)，允許在5G網(wǎng)絡(luò)上進行可靠的通信。Teun于11月11日在TU/e獲得了博士學位。

 

最近幾個月，您很可能聽說過與我們未來通信網(wǎng)絡(luò)的進步相關(guān)的術(shù)語5G。但是5G到底是什么呢？

 

“以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)是‘一個系統(tǒng)適合所有人’的解決方案。5G是移動通信因為不同的頻帶可以用于不同的應用。“在歐洲，這些頻段約為700兆赫、3.5千兆赫和26千兆赫，”范登·比格拉爾說每個樂隊都有自己的功能和含義。在由巴特·斯莫爾德斯教授領(lǐng)導的德州大學電磁學組，我們專注于26千兆赫波段的5G網(wǎng)絡(luò)，通常被稱為5G毫米波頻帶。"

 

這個毫米波頻段提供了很大的帶寬，并允許非常高的數(shù)據(jù)速率。與4G相比，數(shù)據(jù)速率可以提高10到100倍。

 

5G通信范圍縮小

 

開發(fā)5G毫米波頻段是有代價的:5G毫米波頻率的通信范圍遠低于4G頻率，因為5G毫米波頻率更容易被樹木和建筑物等物體阻擋。這種通信范圍的縮小可以通過安裝更多的基站來解決，與4G網(wǎng)絡(luò)中使用的小區(qū)相比，這將允許在5G毫米波網(wǎng)絡(luò)中使用更小的小區(qū)。補償這些損失的另一個措施是通過使用相控陣系統(tǒng)來增加天線系統(tǒng)的所謂增益。

 

開發(fā)5G相控陣系統(tǒng)

 

4G系統(tǒng)中使用的典型天線增益相對較低，這意味著其輻射不會聚焦在一個特定的方向。如果在一個天線陣列中使用多個天線，會產(chǎn)生一個干擾模式，然后輻射可以聚焦在一個方向上。這導致系統(tǒng)具有更大的天線增益，克服了與5G毫米波段相關(guān)的增加的損耗。通過以智能的方式調(diào)整每個天線元件的信號，輻射的方向甚至可以改變，并且可以用來跟蹤移動的用戶。

 

這種相控陣系統(tǒng)最有可能用于5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)。為了他的博士研究，范登·比格拉爾開發(fā)了5G天線系統(tǒng)與奈梅亨的恩智浦半導體合作。

 

天線系統(tǒng)的特性

 

“天線系統(tǒng)符合標準開發(fā)組織和政府機構(gòu)制定的法規(guī)對于確?？煽啃灾陵P(guān)重要通信和減輕健康風險，”范·登·比格拉爾指出因此，準確描述天線系統(tǒng)的特性非常重要。"

 

傳統(tǒng)4G基站中的天線和電子設(shè)備可以分別設(shè)計和表征。在5G毫米波頻率下，這是不切實際的，因為單個天線元件非常小，并且通常高度集成。Teun與美國國家標準與技術(shù)研究所(NIST)合作，開發(fā)了精確表征5G毫米波(集成)的方法觸角系統(tǒng)。這些方法導致更少的測量誤差和不確定性，這將最終提高未來5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)的可靠性。由于這些方法也適用于更高頻率的應用，范·登·比格拉爾的工作也可以應用于6G移動通信。