Dubbla antenner skulle öka mobiltelefonens signaler

Den senaste tidens ilska över iPhone 4:s antenn har gjort konsumenterna medvetna om de begränsningar som designers möter när de försöker bygga snygga, kompakta prylar som också får en bra anslutning. Forskare vid Rice University har kommit fram till en design som kan göra signalbekymmer till ett minne blott och förlänga batteritiden också. Designen använder två antenner som fokuserar sin kraft i olika riktningar.

Radiokrets: Denna trådlösa sändare har kopplats till tre riktade antenner, en uppsättning som visar hur mobiltelefoner kan spara ström genom att rikta radiosignaler mot mobiltorn.

Antennen i din nuvarande mobiltelefon strålar ut en signal åt alla håll. Bara en liten bråkdel av den energin når faktiskt basstationen, säger man Lin Zhong , vars forskargrupp undersöker sätt att göra datorenheter mer effektiva. Detta är inte bara ett slöseri med en mobiltelefons batteritid, säger han, utan det skapar onödiga störningar för andra användare.

Antenner som strålar ut energi i ett smalare band kan vara mer effektiva. Mobiltorn använder denna taktik, med flera antenner som pekar i olika riktningar för att bättre betjäna användarna. Zhongs grupp, i samarbete med kollega Ashutosh Sabharwal , har utvecklat en prototyp av antennsystem som skulle kunna ge den förmågan till mobiltelefoner själva, spara energi och förlänga batteritiden.

Forskarna kopplade en liten Wi-Fi-sändare till tre billiga riktade patch-antenner vända åt olika håll, samt en vanlig rundstrålande antenn. Endast en av de fyra var aktiv vid ett tillfälle, med den riktade antennen som användes för att skicka data till basstationen och den rundstrålande för att ta emot den.

Systemet monterades på en motoriserad snurrande plattform för att testa dess mest avgörande kvalitet: förmågan att vara uppkopplad när enhetens orientering ändrades när den roterade (genom att byta till vilken antenn som helst var orienterad mot basstationen). Riktantennerna övervakade kvaliteten på paket som togs emot från basstationen för att bestämma vilket av dem som skulle skicka nästa paket.

Även när den snurrade med ett varv per sekund kunde prototypen strömma video med nästan noll störningar. Det tyder på att tillvägagångssättet skulle fungera bra i verkliga situationer, säger Zhong. Han samlade in en veckas data från accelerometrarna och kompasserna på 11 smarta telefoner som faktiskt används av riktiga människor, och fann att dessa telefoner sällan roterades med mer än ett tredjedels varv per sekund när de var anslutna.

Den nuvarande prototypen använde Wi-Fi-frekvenser eftersom det är lättare att skaffa riktriktade Wi-Fi-antenner från hyllan. Men resultaten gäller vilken frekvens som helst, säger Zhong. Hans grupp arbetar på en version som ansluter flera antenner till Nexus One-mobiltelefoner som kör Android-operativsystemet, samt datorsimuleringar av tillvägagångssättet. Resultaten så här långt backar upp Wi-Fi-testerna, säger han.

Alla resultat tyder på att användning av bara två antenner i en telefon skulle ge betydande besparingar, säger Zhong. Med en antenn på baksidan och en på framsidan kan du fördubbla signalstyrkan vid nätverkskanten jämfört med en vanlig antenn, och halvera energin som behövs när du befinner dig i mitten av nätverket.

Spencer Webb, president för AntennaSys , ett New Hampshire-företag som designar antenner för allt från mobiltelefoner till medicinsk utrustning, håller med om att två separata antenner fram och bak kan hjälpa en mobiltelefon i en mängd olika situationer. Ett exempel är att när du placerar en enhet nere på en yta kan den växla till den översta antennen för att undvika störningar, säger Webb.

Flera antenner kan också göra det möjligt att kringgå problemet med att en användares grepp hindrar anslutningen, en fråga som många nu känner till tack vare publiciteten kring Apples lansering av iPhone 4, tillägger Webb. Om du hade, säg, dubbla antenner och använde dem på ett klokt sätt, skulle du kanske kunna förhindra en del av dessa problem genom att byta antenn när en person ändrar sin handposition, säger han.

En anledning till kontroversen om Apples iPhone – kallad antennagate – är dock de snäva begränsningarna för utrymme och design i smarta telefoner, tillägger Web. Enheter som Droid X och HTC Evo har föreslagit att större smarta telefoner blir populära bland designers, säger Webb. Men lade de in mer antennutrymme där? Nej.

Antenningenjörer förlorar vanligtvis i kampen om utrymmet till batteriet eller andra komponenter, säger Webb. Kompakta komponenter som ger stora utrymmesbesparingar kommer att behövas för att tillverkarna ska få plats med en extra antenn. Det kan bli möjligt när de nödvändiga chipsen minskar i kostnad och storlek, och när mobiltelefonoperatörer går mot nästa generations mobilnät, som LTE och 4G, som använder mindre antenner, säger Zhong, även om strategin kan få mer omedelbar dragkraft i andra typer av anordningar. I en bärbar dator finns till exempel mer utrymme som baksidan av skärmen tillgängligt, säger Webb.

Dölj