下一代5G網絡及物聯網的天線是如何設計的？

出門上班時，您車庫的門會自動關閉，同時它還會給您辦公室的咖啡機發信息，告訴后者開始煮咖啡。同樣是在這一天，您的灑水系統接到天氣預報知道馬上要下雨了，所以取消了下午的草坪灑水安排。這并不是一部未來派的電視節目，而是對即將推出的‘物聯網’和下一代無線通信系統5G 網絡的真實寫照。不過，我們首先需要為此優化現有移動設備中天線的性能。

下一代移動技術：物聯網和5G

技術達人們已經在他們的家里實現了一定程度的自動化，比如使用手機App 來啟動洗碗機或調節恒溫器。物聯網（IoT）是現在較新的一種理念，人們也把它叫做“產業互聯網”，甚至戲稱為“萬物聯網”，物聯網將這些簡單的自動化工作又提升了一個等級，支持在對象和聯網設備之間進行數據交流。

最終，IoT 將能走出簡單的家庭和建筑物自動化，走進更多更高級的應用領域。在一個理想的物聯網中，移動設備將能夠收集和解讀諸如您的位置和已知偏好等信息，然后與“智能對象”通訊，期間不需要您進行任何輸入。

物聯網在將來的廣泛應用會包括：

· 媒體

○ 開車經過高速公路上的廣告牌或收看電視廣告時，設備會自動根據收集的數據判斷出您喜歡的廣告產品，這時，您將收到關于商品詳情的信息。

· 交通

○ 您的車子不僅能夠自動平行停車，還可以自動導航和駕駛。隨著技術的進步，火車和飛機也將進行類似改進，這些只是IoT 幫助我們簡化出行的幾個簡單方面。

· 醫療保健

○ 醫療設備將能自動管理用藥，并監控病人的情況及整體健康狀況。心臟起搏器、助聽器以及心臟監聽儀會使醫生和病人之間的交流變得更加流暢。

· 環境保護及能源節約

○ 傳感器會根據人員的活動開關照明和電子設備，減少能耗。在更大范圍內，改進的IoT 還能負責監控水與空氣質量，以及其他各種環境問題。

· 基礎設施

○ IoT 傳感器會出于安全及安保的目的監控橋梁、鐵路和廢物管理系統的結構穩定性。

隨著智能手機在社會上的普及，物聯網將能輕松收集我們的個人數據，并將其用于和其他對象及智能設備間的通信。但是，在暢想IoT 可能實現的各種功能之前，我們需要先開發出下一代移動技術來優化智能手機。

當5G 取代4G LTE 后……

下一代無線通信網絡現在被命名為5G。目前，5G 還只是一個概念，預計將在2020 年正式推廣，因此移動行業需要在短時間內完成大量工作。

大部分無線通訊專業人士都認為5G 將取代4G LTE 后，它將滿足三個核心需求：

1、延遲縮短到小于1 秒。

2、針對數萬并發用戶的數據速率可以提升到至少1 Gb/秒。

3、提高能效。

不論5G 的發布將為無線通信行業帶來哪些改進，我們的主要目標都是希望能通過提升速度和效率實現移動技術、數據收集和無線通信的無縫集成。沒有這些優勢的話，物聯網無法正確工作，將變得多余。

在全球各地5G 研究人員開展的諸多研究工作中，對移動設備天線的優化是一項重要研究課題。雖然5G 應用的標準化尚未完成，但許多研究人員已著手開發各種可拓展物聯網世界的應用，我們可以從研究一個介紹性的基本模型開始，即我們案例庫中的模擬移動設備天線教程模型，它介紹了如何設計移動設備中的一個小型天線。

優化移動設備的天線設計

移動設備的天線必須足夠小、足夠輕，以便能放入手機設備中分配給它的有限空間。平面倒F 天線（PIFA）體積小、功率強大，而且效率很高，所以非常適合用于無線通信。這些天線可以幫助蜂窩設備、WiFi 及Bluetooth? 技術實現多頻段覆蓋，因此也非常適合IoT 兼容對象與設備。

本教程中模擬的移動設備是一個4G 設備，其中包括一個安裝在PTFE 塊上的含FR4 印刷電路板的PIFA、ABS 外殼，以及包含復合硅襯底的玻璃。天線本身包含涂覆一層高導電薄銅層的PFTE 塊、介于完美電導體（PEC）底面和饋帶之間的集總端口、以及短接至底面并與饋帶相鄰、用于實現阻抗匹配的另一個導電帶。它還包括了一個阻抗匹配狹隙，用于將天線匹配至50 Ω 的參考阻抗。

下一代5G網絡及物聯網的天線是如何設計的？