新型建模算法简化天线设计

要设计一款可用于现有4G并符合未来5G需求的智能手机天线，变得越来越困难了，因为它必须能在所有的频率范围进行传送与接收。但其解决之道就是目前在先进设计中所用的“多输入多输出”(MIMO)天线，或称为多端口天线，它能以低廉但高效的方式分析频段。

遗憾的是，当今有经验的天线设计人员经常用“黑魔法”(他们的个人经验和领悟)来臆测优化天线配置应该是什么样的，然后针对所有的相关因素进行模拟，有时 这得花上一整个星期的计算机作业时间。而如果成效不佳，他们就得再重新再做一次，直到取得理想的设计——但永远不知道其设计离优化配置还差多少。

如今，美国北卡罗莱纳州立大学(NCSU)的研究人员据称已为此找到了更好的办法。他们并未透过最有经验的“黑魔法”RF专家来执行详细的模拟，而只是藉由消除所有最重要的参数来简化问题至其基本原理，从而解决了优化的天线配置问题。这些算法能在几分钟内执行，而不必花费数周的时间，让RF专家能重复调整配置，直到实现优化。接着，就可以在进行制造以前，利用传统仿真器为设计进行更详细的验证。

3端口微带平面天线的典型电路图

“我们的动机一开始是为了研究多端口天线，以及了解它如何在基本面作业，”北卡罗莱纳大学教授Jacob Adams解释，“我们的研究工作对于5G来说将会十分重要，因为我们并非采用传统的全波仿真来实现每端口配置，而是在各种模式下建模天线为谐振器，然后插入虚拟埠，并评估其所在位置。”

这种方法的关键在于首先建模不带输入的天线——一般的技术通常不会做这么做——其结果是一种表现天线能响应各种方式的特殊基本共振模式。

槽状贴片天线的典型几何形状

“我们正在开发一种无信号源的天线建模途径，这让我们能为其导入信号源，并迅速观察其反应，”Adams表示：“获得激励的最终模式取决于接收到激励类型与位置。”

研究人员使用这种方法，找到了最佳的天线配置，也避免了忽略所用材料等因素。根据Adams表示，传统途径缺少可发现绝对优化的分析方法，“但我们能定义优化配置应该是什么，提出一种可用途径，并且快速地测试它与优化的理论值有多么接近。”

北卡罗莱纳州立大学的第一谐振频率(856.5-MHz)分贝(dB)地图，其中，优化的天线安装位置以P表示，最糟的位置则以W表示

一旦近似算法找到最佳配置时，RF工程师即可执行传统算法，将材料特性、进料的双几何形状以及NCSU近似算法忽略的其他因素都加进去考虑。相较于仅执行传统算法——大约需要116小时，这种方式只需15分钟，更大幅节省了时间，因为所有的反复试验(trial-and-error)都已经由 NCSU的模式完成了。

NCSU的第二谐振频率分贝地图