实验室介绍5G智能手机涉及全产业链的技术升级，它与4G手机有什么区别，哪些技术将对5G手机的普及起到推动作用5G智能手机说到关键作用，我们就来说说5G智能手机的关键部件技术（一）——天线。1、手机是怎么组成的？一般来说，手机大致可以分为两种。一种是FeaturePhone，基本上只有通话和彩信功能。例如，诺基亚和摩托罗拉是功能手机时代。霸王，时代变了，现在只出现在特定领域或以老年机的形式出现；另一种是iPhone诞生以来比较常见的智能手机（Smartphone），现在以iPhone、三星、华米OV为代表。随着通信技术的不断发展，手机已经从承载简单的功能发展到支持语音、数据、音乐、视频等丰富的媒体。同时可以扩展安装各种应用，满足人们的各种需求。为了方便大家理解，我们做了一个简化抽象的示意图。如下，如今一部能够支持通话、短信、各种互联网服务和各种APP应用的智能手机，通常至少应该包括天线、射频、基带和应用处理器、软件、外设和电源管理六部分。下图是最基本的原理图，可以说是缺一不可。基于此，我们将分别作进一步的介绍。限于篇幅，本文将首先关注天线部分。手机抽象结构示意图2、现在的智能手机可以用天线吗？天线是发射或接收无线电波的装置。它的作用主要是基于电磁场的基本原理。接管。具体过程是将发射机输出的电路信号能量转换成电磁波辐射，或将空间电磁波信号转换成电路信号能量发送给接收机。也就是说，天线的工作就是完成我们常说的信号的发送和接收，这样比较容易理解。一般天线都是规定长度的导线，长度多为波长的1/4~1/2，所以传播频率越高，天线的长度越短。移动通信网络从最初的1G/2G发展到如今的4G/5G系统，手机支持的通信频率逐渐达到GHz频段，因此手机天线的尺寸也经历了由大到小的变化,从外部到内置.与此同时，终端也从功能机时代向智能手机时代转变，手机的制造工艺也在不断提升。消费者也越来越关注手机产品的外观、成本等因素。向窄边框方向发展。3、天线最基本的测量指标是什么？天线的设计往往受到手机外形、结构、电路板布局、金属件等因素的影响，开发难度与日俱增。手机天线的设计不再是局部问题，而已经成为手机系统设计的重要组成部分。不仅要充分考虑天线类型、馈电方式、天线在设备中的摆放位置，还要兼顾宽带、高效率、低SAR值。、隔离等技术要求。不仅要满足天线的基本射频性能指标，包括方向性、阻抗、极化、驻波比、回波损耗、增益、效率等，还要满足天线整体射频性能指标的要求。移动终端产品。例如，与手机天线密切相关的主要测试指标包括OTA测试指标、SAR测试指标和EMC测试指标。注：OTA测试指标主要是测试终端产品在工作频段内的辐射性能和接收性能，主要包括TRP（总辐射功率）和TIS（总接收灵敏度）两个子指标。SAR（电磁波吸收率）测试指标和EMC（电磁兼容性）测试指标为政府强制入网指标。SAR测试指标主要反映终端产品对人体的辐射程度。限制该指标的目的是为了避免辐射强度过大对人体可能造成的伤害；EMC测试指标主要反映终端产品的带外辐射是否超过规定指标，影响其他频段电子设备的正常工作。SAR测试指标和EMC测试指标越小，对人身安全和其他频段产品正常使用的影响越小。4、手机天线的种类和设计遇到的困难和挑战目前，常见的手机天线设计主要有外壳注塑、金属支架和FPC天线三种方法。尤其是过去以iPhone的金属外壳为代表，逐渐将天线注塑到金属外壳上，手机内部也有少量使用金属支架天线。随着2G/3G/4G/5G移动通信技术的演进和多种网络的并存，手机外壳注塑天线和FPC天线不断涌现，需要支持的通信频段和无线连接方式也越来越多，尤其是一款高端旗舰手机，必须至少支持40个通信频段，才能一部手机环游世界。更严重的是，智能手机中的天线越来越多，手机天线的概念已经不仅仅局限于移动通信领域。它还需要在越来越轻薄的尺寸中容纳和支持越来越多的天线，例如Wi-Fi天线、蓝牙天线、GPS天线、NFC天线等各种无线连接方式，甚至是无线充电。现在越来越流行，使用的充电线圈也是天线。手机天线需要支持的频段和种类也越来越多。难度越来越高。另一方面，挑战来自屏幕。多年来，智能手机的不断创新之一就是提高屏占比。制造商已经开始推出更薄的无边框设计屏幕和全面的18:9屏幕纵横比。屏幕电话。由于天线必须放置在屏幕区域之外，可用于天线设计的区域减少了50%以上。同时，屏幕上下边框宽度缩减至3-4毫米。由于屏幕纵横比的变化，手机也开始发生变化。更窄，这些变化意味着必须缩短电话天线，这会影响性能。由于屏占比的提升，留给天线设计的空间更窄。天线面积和长度的减少将直接影响性能和效率。更短、辐射范围更小、速度更低等。图片来源qorvo：天线面积的缩小直接影响天线效率。目前4G通信的频段为2.6GHz，5G主力使用的通信频段也在6GHz以下。因此，目前支持5G低频Sub-6频段，在手机天线尺寸上将无法与4G相提并论。变化很大，主要是天线组合数量的变化。比如4G手机一般需要4-6根天线，5G手机一般有10根以上天线。以华为Mate30为例，手机天线甚至多达21根。当然，也不是像华为余承东说的，这21个都是用来做5G的。上面说了2个GPS，2个Wi-Fi2.4G，2个Wi-Fi。-Fi的5G，一根用于NFC，另外14根是真正的移动通信天线，支持5G、4G等一系列通信系统的结合。图片来源：华为发布会及Geekbar：华为Mate30手机的21天线设计目前，部分中低端手机为了控制成本，仍然大量使用FPC（柔性电路板，可以理解为天线）类似手机排线方式）天线，但FPC加工精度、键合工艺等，信号质量不稳定。但它的优点也不容忽视，那就是FPC天线可以折叠弯曲成任意形状，可以满足人们对便携设备尺寸和设计的更高要求。因此，为了在发挥其优势的同时避免其一些劣势，业界逐渐引入并关注由具有良好高频特性的LCP材料制成的FPC天线。由于5G对天线的精度和可靠性提出了更高的要求，LDS（Laser-Direct-structuring）天线技术成为手机天线设计的首选方案。LDS技术是利用激光镭射直接将金属天线形状电镀在成型的塑胶支架上。该技术避免了手机内部元器件的电磁干扰，保证了手机的信号，同时也提升了手机的空间利用率，使得智能手机在机身依然可以保持一定的纤薄度。5G时代。与目前的Sub-6GHz5G频段或即将到来的700M5G频段相比，未来5G毫米波的商用将对手机天线设计提出极大的挑战。5G毫米波之所以成为毫米波，是因为它的波长因为几十GHz的频率而缩小到毫米级。波长大幅缩短带来的问题是电磁波的绕射能力变差，衰减变得极其明显。为了改善高频带来的衰减问题，可以采用MIMO多天线和波束赋形来解决空间传播问题。然而，为了保证手机内部信号的完整性，需要将射频前端尽可能靠近毫米波天线放置，而毫米波天线的小尺寸使得共同封装天线、射频前端、收发器和其他组件。窄长的芯片形状便于直接嵌入手机边框。图片来源高通：高集成5G毫米波天线模组如上图所示。高通最新发布的毫米波天线模组，包含超小型相控阵天线。天线模块支持波束形成、控制和跟踪，大大提高了毫米波信号的传输范围和可靠性。当然，与以往的非标准化天线相比，毫米波天线模组的标准化会带来很多便利，但仍然要面临手机内部空间狭小的布局挑战。与以往相比，高通毫米波天线模组在手机中集成5G手机天线设计的难度更大。不仅要考虑无线技术本身，还要考虑与电池、摄像头、扬声器、显示屏、指纹识别芯片、无线充电项圈的连接。兼容其他系统，同时兼顾有效解决小空间多天线布局问题。综上所述，天线虽然平时不起眼，但其设计和性能直接关系到手机的产品体验。话题未完待续……【本文为专栏作家《移动实验室》原创稿件，转载请联系原作者】点此阅读更多本作者好文
