Az antenna elektromágneses sugárzást alakít át elektromos jellé, amit aztán digitális jellé alakítanak, ezáltal lesz belőle a számítógépek számára értelmezhető adat. Adó-vevő antennáknál fordított irány is működik.

Mindannyian, akik átéltük a mobiltelefonok terjedésének első ütemét, emlékszünk arra, hogy az antenna egy látható, megfogható dolog volt a telefonok tetején. Látható fizikai kiterjedése volt, kiállt.

Ennek több oka is volt. Az egyik, hogy akkoriban ennyi és ekkora antennára volt szükség a telefonban, a GSM kommunikáció esetében fel sem merült, hogy több legyen. És azért állt ki a készülékből, tehát azért nem a hátlap közepére tették mondjuk, hogy a tenyerünk ne árnyékolja le, miközben beszélünk.

Azóta sok technológiai újítás történt, a kommunikációs forradalom a készülékbe helyezett antennák számán volt fizikailag látható, érezhető. Persze mi ebből nem sokat láttunk: miután eltűnt a bumszli a mobilunk tetejéről, nem sokat foglalkoztunk vele, hová lett.

Időközben azonban a készülékeinkben az antennák száma gyorsan duplikálódott, aztán újra duplikálódott, aztán újra. Néhány milliméteres oldalú egységeket fejlesztenek, amiket megpróbálnak beletömni az egyre vékonyabb házba, lehetőleg egymástól távol. És a jövő még zsúfoltabb lesz, különösen az 5G előretörésével, és cégek már azzal foglalkoznak, hogy a rengeteg antennát egybe szerelve árulják, egymástól megfelelő távolságban, megfelelő irányokba mutatva, hogy ne a telefongyártók dizájnereinek legyen a feladata ennek az egyre bonyolultabb rendszernek a hibátlan összeállítására. Mások kijelzőbe applikálnák az antennákat, és a lista tekintélyes, amivel az előttünk álló mérnöki kihívásokat próbálják egyszerűsíteni.

Vegyük sorra, milyen kommunikáció követel jelenleg antennákat a készülékeinkben, és pontosan mennyit, a poszt végére pedig számoljuk össze, hány ilyen található most a legfejlettebb eszközökben.

2G és 3G

Ezekről a szabványokról ma már alig hallunk, lassúnak számítanak, mégis cipeljük magunkkal a mai napig. A mobilkommunikációs szabványok, a “sorszámozott G-k” idővel egyre magasabb és magasabb frekvenciatartományban működtek. Nem szükséges azonban mindegyiküknek külön antenna, akár elképzelhető olyan kialakítás is, amivel a 2G-től a 4G-ig minden tartományt egyetlen antennával oldalak meg, de a 2G és 3G-s kommunikációt feltétlenül kezelhetjük egy kalap alatt.

Mi a helyzet jelenleg? Ott csücsülnek az elavult kommunikációs szabvány kiszolgálói a készülékekben, és erre szükség is van. Minél alacsonyabb frekvencián sugároz egy torony ugyanis, a jel annál messzebb képes eljutni, így az ország azon pontjait, ami kívül esik a lakott vagy látogatott pontokon, költséghatékonyan le lehet fedni jellel. Ha mással nem, telefonálásra alkalmas lehetőséggel.

Az 5G szabvány azonban az alacsonyabbtól a mmWave tartományig mindenféle frekvencián képes lesz kommunikálni, vagyis nem illeszkedik az eddigi “nagyobb sorozatszám, magasabb freki” szabályba, vagy csak részben. Tehát egy idő után majd képes lehet lekoptatni maga mögül az akkorra már történelminek számító szabványokat, hiszen ő maga is képes lesz alacsony frekvencián messze sugározni, de egy ideig biztos, hogy maradnak a régi megoldások is a telefonokban.

4G

Itt már hirtelen nagyot ugrunk az antennaigény terén. Egyrészt azért, mert a szabvány lehetővé teszi, hogy egyidejűleg több adat-streamet is indítsunk. A 2×2 MIMO (multiple-input multiple-output) azt jelenti, hogy egyidejűleg 2 antennán képes kommunikálni az eszközünk, és nem ritka manapság a 4×4 MIMO sem, amihez négy antenna szükséges.

Emellett egy fontos esemény is történt 2010-ben: az Apple kiadott egy telefont, aminél egy bizonyos ujjtartás esetén a jelerősség minimálisra csökkent. Ez azért történt, mert a telefon keretén futottak végig az antennák, az egyikük tartalmazta a Bluetooth, Wifi és GPS, a másik az UMTS és GSM egységet, ezeket szigetelő anyaggal választották el egymástól. Ha az ujjunkkal összekötöttük őket, probléma adódott a kommunikációban.

“Rosszul fogod a telefont” – Steve Jobs reakcióját így sommázták akkor, de az iparág minden szereplője reagált csendben a kínos esetre: ha a felhasználó valamilyen módon árnyékol, vagy befolyásolja egy antenna működését, kell, hogy a készülékben legyen még egy ugyanolyan, ami átveszi a szerepét.

Hirtelen sokszorosára nőtt az antennák száma.

5G

Ahogy írtam már korábban, az 5G nem egyetlen magas spektrumon, hanem a nagyon alacsonytól a nagyon magasig minden tartományban jelen lesz. Ami a készülékben – antenna szempontból – plusz kihívásként jelentkezik, az a mmWave, vagyis a 30 és 300 GHz közötti tartomány lefedése.

Ez már borzasztóan érzékeny mindenféle behatásra, egy csukott ajtóra, vagy akár a kezünkre. Ennek kiküszöbölésére a Qualcomm például olyan antennahálózatot képzelt el a telefonokba, amik egységenként 4-4 antennát tartalmaznak, amik képesek a legközelebbi toronyra nézni, és ebből négyet terveznek beépíteni a készülékek keretének közelébe. Ez 16 új antenna, csak az 5G mmWave tartományára.

Wifi

Ma már szinte minden mobileszközben található wifi antenna. A wifis kommunikáció két frekvenciasávon működik, a 2400-2484 MHz (ami a Bbluetooth-ot is tartalmazza) és az 5150-5850 MHz-es tartományon. Lehetséges, hogy ezt a két tartományt két antenna szolgálja ki, de inkább jellemző volt eleinte egyetlen dual band antenna használata. Mivel a 2,4 GHz-es tartományban több eszköz is kommunikál (BT, mikrohullámú sütő, kamerák, bébimonitorok), ezért az interferencia kiszűrése itt kulcsfontosságú kérdés volt.

A MIMO azonban itt is elterjedt, az IEEE 802.11n és IEEE 802.11ac szabványok is támogatják a több antennás kommunikációt. Ez pedig praktikusan azt jelentette, hogy egynél több wifi antenna kerülhetett a készülékeinkbe is.

És hogy mi várható a jövőben? a Wifi 6, vagyis az IEEE 802.11ax szabvány szintén több antennát követel majd. Ez már a 6 GHz-es spektrumon sugároz, több 160 MHz-es tartományra osztva a spektrumot. A wifis kommunikáció tehát egészen megváltozik majd, beleértve azt is, hogy a készülékünk képes lesz tervezni a routerrel való kommunikációt (Target Wake Time), lecsökkentve az időt, amíg az antennának aktívan kell működnie, vagy jelet kell keresnie.

A MU-MIMO segítségével az eszközünk képes lesz válaszolni a routernek akkor is, amikor épp jeleket fogad tőle, ez pedig szintén plusz antenna jelenétét teszi szükségessé.

Bluetooth

Általában külön antenna szolgálja ki a Bluetooth-os kommunikációs tevékenységet, hiszen sok esetben ez állandó kapcsolatot jelent, minden más kommunikációs csatorna párhuzamos működése mellett.

Vezeték nélküli töltés

Ez is antennát feltételez, még ha ezen nem is zajlik valódi kommunikáció.

GPS

A GPS egy egy irányba történő kommunikáció, a készülékünkbe csak a jel vételére alkalmas antenna szükséges. Ez is megtalálható a legtöbb telefonban, sőt már okosórákban is. Számottevő változás nem várható az antennák számának alakulásában, de egy külön GPS jelvevő mindig lesz.

NFC

Az NFC antenna, amivel legtöbbször a boltokban, fizetésnél találkozhatunk, amikor a telefonunkkal, óránkkal vagy “érintős“ bankkártyánkkal fizetünk, szintén elterjedt lett, és mára minden valamirevaló okostelefonban megtalálhatóak.

FM rádió

Bizonyos telefonokban a hagyományos FM rádiózásra alkalmas antenna is helyet kap.

Összegzés

Míg a kezdeti időkben egyetlen antenna látta el a mobiltelefonok kommunikációját, addig mára már rengeteg:

a közeljövőben akár 24 antenna is belekerülhet egyetlen okostelefonba.

Ennek oka egyrészt a mobilos kommunikáció fejlődése, magasabb frekvenciatartományok meghódítása, másrészt az új szolgáltatások (navigáció, fizetés lehetősége, vezeték nélküli töltés) előretörése, harmadrészt a felhasználó testének és egyéb tereptárgyak árnyékolása voltak, ennek köszönhető, hogy mára már egészen új ötleteket láthatunk arra, hogyan tehetjük még kisebbé, még észrevétlenebbé, még kevésbé zavaróvá az egyre szaporodó antennákat. Ezekkel a megoldásokkal később még foglalkozunk.