天線是電子裝置中用於發射和接收無線電訊號的裝置，是裝置與人溝通的橋樑。隨著儀器體積越來越小，如何最小化天線並在保證功能的同時給其他部件留足空間成為了學者們的研究重點之一。
西交利物浦大學智慧工程學院兩名2021屆本科畢業生針對內壁天線進行了研究。透過採用共形天線，他們讓天線與載體形狀一致並附著於載體內壁，將體積佔用降至最少；還改善了大部分內壁天線只能覆蓋單一頻段的問題，實現了多頻段覆蓋，讓通訊更穩定快速。相關論文均被無線傳播領域頂級國際學術會議2021 IEEE APS/URSI收錄。
無線膠囊內窺鏡的貼壁型天線
羅永旻研究了天線在無線膠囊內窺鏡上的應用。他介紹，內窺鏡是一種常見的醫療裝置，廣泛用於胃鏡、腸鏡等。透過一個具備燈光和攝像頭的軟管，醫生可以直接觀察到病人體內是否存在病變，從而制定具有針對性的治療方案。“目前的內窺鏡大多是有線的，在放入和取出時，有線內窺鏡會給患者帶來很大的痛苦，因此，可以像膠囊一樣直接吞下的無線內窺鏡越來越受科研人員關注。”
無線膠囊內窺鏡在病人體內照相之後，會透過天線將訊號傳遞出去，體外的天線接收並傳送至電腦，醫生就可以根據影象進行治療診斷，最後可以透過消化系統排出體外。
“我設計的是一個17毫米*30毫米的長方形共形天線，它可以被彎曲成一個圓柱形貼附在膠囊內壁，與膠囊形狀相同。由於膠囊殼本身的體積就比較小，裡面還需要放電池、電路、照相機等裝置，使用共形天線可以節約很多空間。”他介紹道。
此外，羅永旻設計的天線可以在多個頻段和外界進行通訊交流，負責接收的天線裝置也有更多頻段選擇，因此傳送資訊更快、更方便，醫護人員也能更快得到人體內的影象，在更大程度上減輕病人的不適。
“但膠囊外壁會直接和人體接觸，選材必須對人體無害，並且最好能降低天線對人體的輻射。”他補充說，“考慮到這些現實因素，我選擇用氧化鋁陶瓷做膠囊外壁，這是一種合成的化學材料，但在使用前要經過更嚴謹的測試。”
智慧手錶的錶盤型天線
李俊良研究了天線在智慧手錶上的應用。智慧手錶中的天線用於和手機、電腦等其他裝置傳遞資訊。他設計了一種可以整合在智慧手錶金屬錶盤上的天線，即錶盤外殼本身就是一圈天線，以此來節省內部空間，它可以用在大部分形狀的手錶上。
他介紹道：“由於天線本身是一個薄金屬片，並且要彎折作為錶盤使用，不夠穩固。因此我使用3D打印製作了一個支撐結構放在天線錶盤內部，防止變形。”
李俊良研究的智慧手錶天線可以用來連線藍芽，並有5G網路的通訊功能。“但藍芽和5G工作的頻段不同，在各自的頻段下工作可以獲得更大的使用範圍和更強的抗干擾能力，因此要求天線在這兩個頻段內都有較好表現。”
“這部分調整工作是非常有挑戰性的。在製作實物前，我使用CST studio Suite模擬軟體來模擬調整引數，比如手錶錶盤的直徑、半徑、基底的厚度等。反覆測試後，用調整好的資料再去製作就會更精準，也更節約成本。”
“本科做科研的經歷對我而言是一個指導方針，讓我對研究天線具體要做些什麼有比較全面完整的瞭解，這些知識、技能在申研、實習時很有幫助；在射頻實驗室親手製作天線並進行測試也讓我真切感受到技術需要相輔相成才能共同促進技術革新、實現更多功能、方便人們生活。”李俊良補充道。
羅永旻和李俊良均畢業於西浦智慧工程學院電氣工程及其自動化專業。目前，羅永旻正在英國帝國理工大學攻讀光學與光電子學專業碩士，李俊良正於美國南加州大學攻讀電氣工程及其自動化訊號處理方向的碩士。
揚子晚報/紫牛新聞記者 顧秋萍 通訊員：金畫恬
校對 徐珩
來源：紫牛新聞
