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手機全面屏時代，飛宇信天線廠家，手機天線設計該如何應對？手機天線
發(fā)布時間：
2019-04-07 09:39
手機從以往的2點幾寸屏幕發(fā)展到現(xiàn)在的5點幾寸，6點幾寸，越來越多的大屏幕，吸引了眾多的
雖然這些年手機屏幕一直都有往大尺寸方向演進，但屏幕過大時不利于用戶操作和體驗，所以發(fā)展到5.5寸后，屏幕的尺寸增加開始緩慢。而到了2017年，全面屏手機開始受到廠商的關注。
相比普通手機，全面屏手機具備更窄的頂部和尾部的區(qū)域和更窄的邊框。在整機大小不改變的情況下，減小手機屏的邊框，長寬比例增大，增加屏占比，可以讓用戶擁有更大屏幕的使用體驗。
從人機工程學的角度看：18:9會更符合單手操作，同時更大的屏幕可滿足同時運行兩款軟件并分屏操作，近期Android 7.0版本，增加了系統(tǒng)底層對多窗口的技術支持，分屏操作會因為全面屏手機的推出而慢慢成為用戶的習慣。
從整機尺寸的角度看：5.7寸的全面屏手機與普通5.2寸手機的整機尺寸比較接近，但顯示區(qū)域大大增加，顯示內容也更多，便于減少翻頁次數(shù)，使操作更加便利。
全面屏的核心優(yōu)勢就在于超高的屏占比，不僅可以帶來更好的視覺體驗，同時外觀也會顯得更加簡單漂亮。但全面屏也給手機整機帶來了很多問題，如前置攝像頭、指紋識別、 聽筒 、距離傳感器、甚至天線都需要跟進調整設計。而天線作為手機用于收發(fā)信號的重要部件，其所受影響也更大。
手機天線是全向，需要凈空區(qū)
天線是接收和發(fā)送信號（電磁波）的設備，是無線通信最關鍵的零件。盡管天線的物理構成較為簡單，但是其設計和構造復雜，涉及到手機內部環(huán)境的方方面面，需要考慮很多因素。
天線的方向性是指天線輻射的信號在特定方向上的強度。手機天線是全向天線，也就是說在天線橫截面360°各方向的信號輻射強度相同，以實現(xiàn)最佳通信效果。要實現(xiàn)全向通信，手機內的天線周圍需要足夠開闊的空間，不能有屏蔽或干擾。
全向天線的輻射示意圖
電磁波會被金屬屏蔽，導電的金屬能對電磁波產生反射、吸收、和抵消等作用，因此在設計天線時，應遠離金屬零部件，并避免接觸其他降噪元件。
同時，電磁波容易受到干擾。電磁波干擾傳輸主要可以分為兩種形式：傳導傳輸式和輻射傳輸式。
傳導傳輸式，即干擾源與天線之間有完整的電路連接，干擾信號通過這個連接電路傳遞到天線。這個傳輸電路可包括導線、電源、電阻、電感、電容等一系列元件。
輻射傳輸式，即干擾能量以電磁場的形式向空間發(fā)射，干擾形式主要包括三種：來自其他天線發(fā)射的信號（天線對天線耦合）、靠近電流的空間電磁場（場對線的耦合）、兩股平行電流之間的感應（線對線的耦合）。
手機天線 電磁波會被金屬屏蔽
因此，手機天線設計時，不僅應遠離金屬元件，而且還應隔離電池、振蕩器、屏蔽罩、攝像頭等不相干的零部件，給天線留出一段干凈的空間（簡稱凈空，clearance），保證天線的全向通信效果。
在手機天線設計中，天線的凈空是關鍵的考慮因素之一。通常而言，天線的環(huán)境設計要求總結如下：
金屬類殼體、裝飾、導電噴涂等應距離天線20mm以上，因為手機內置天線對其附近的介質比較敏感；
電池（含電連接座）與天線的距離應在5mm以上；
當采用天線RF雙饋點是，RF與地焊盤的中心距應在4~5mm之間；
PIFA天線與單極天線兩種手機天線方案的應用條件和部分性能比較
全面屏手機凈空區(qū)域減小，天線設計難度提升
由于手機屏幕上下邊框變得更窄，天線與金屬中框的距離更近，“凈空”比傳統(tǒng)屏幕更少。另外全面屏手機受話器、攝像頭等器件的影響需要更高的集成度，與天線的距離也更近，給天線留下的“凈空”區(qū)域比傳統(tǒng)屏幕更少，對射頻挑戰(zhàn)更高。
以前16:9的屏幕，最終給天線留下來的凈空在7-9毫米（LCM背光模組到整機底端一般會有9mm左右的主凈空），現(xiàn)在到18:9的屏幕時，留給天線的空間大概只有3-5毫米（如三星S8的LCM背光到整機底端只有不到5mm的主凈空），甚至更窄。
一般來說，天線是圍繞著手機外框部分來說的，上面一個主天線，下面一個從天線?！坝绊懱炀€最大性能的部分就在于你給天線留下多少空間”，Qorvo中國區(qū)移動產品事業(yè)部銷售總監(jiān)如是解釋，“天線空間如果大，它覆蓋的頻段也好、效率也好，本身的性能也就更好一些。但是全面屏擠占了天線的空間，擠壓的結果使得天線效率變差，最終影響了 TRP(Total Radiated Power)也就是天線的整體發(fā)射功率。”TRP 的標準是由運營商規(guī)定，頻段都有規(guī)定的數(shù)值，必須做到規(guī)定的TRP才能夠通過場測，滿足供應商的要求，不然你做不了。
可以說，這將考驗每一個天線廠商的工藝水平，力求將智能手機屏幕的上下留出的空間做的越窄越好，否則天線部分的損耗是比較大的。
從頻段方面講，手機天線越長就能夠覆蓋更低的頻段，高頻段反而對天線的尺寸要求不高。所以一旦天線空間受到擠壓后，影響最大的便是低頻，使得帶寬變窄。從數(shù)字上來看就是 TRP 的數(shù)值在下降，從16:9轉變?yōu)?8:9的屏幕時，像LTE B1、LTE B3、LTE B5這樣一個TRP的數(shù)字實際上已經(jīng)不符合CMCC要求了，比CMCC要求低了。
從智能手機對MIMO、2CA、3CA、4CA和5G、以及低頻600兆的需求來看，天線的個數(shù)還要不斷增加。如果具備以上所有功能的話，智能手機原來只需2-4個天線，換做全面屏就要增加至4-7個天線，天線數(shù)量也在不斷增加中。
全面屏手機凈空區(qū)域減小，天線設計問題如何突破
當前對于天線的解決方案分別有屏背后金屬切除，LDS天線技術和整合天線與其他零件三種。對于全面屏下的天線的解決方案有兩種思路，一種思路是擴大手機內部的凈空區(qū)域，對應的解決方案為屏背后金屬切除。第二種思路是減小天線所需的凈空區(qū)域，對應的解決方案有LDS天線技術、整合天線與其他零件。
屏背后金屬切除：增加手機內部凈空區(qū)域
可以掏空角落部分的背板金屬，以保證足夠的凈空。手機屏幕的最后一般會有一塊金屬背板，起到保護屏幕、散熱等作用。天線一般安裝在主板上，但由于金屬背板的存在，其位置一般不能放置于屏幕后面。在全面屏時代下，可以將上下邊框角落的金屬背板挖掉，留出足夠的空間供天線使用。不過，這種方式會導致屏幕的強度變低、并增加加工成本。
iPhone 5s 的金屬屏幕背板
切除天線所在部分金屬背板
此外，為了獲得更好的天線空間，三環(huán)和順絡陶瓷蓋板，以及信利的玻璃蓋板則為手機天線設計提供了更好的環(huán)境。
解決全面屏手機天線設計問題，除終端廠商努力外，射頻器件廠商也在不斷地嘗試，如：第一是開源的方式，提高 PA 的功率，如果 PA 的功率大，即便被吸收掉一些，最終釋放出去的還是多的。第二就是 ET 或者 boost 的方式，通過把電壓升高以提升 PA 的功率。（如果把整個電路的功率提高，對濾波器、雙工器也有特別的要求，需要支持更高功率的High Power Filter。）還有就是利用Impedance Tuner(阻抗調諧)和Aperture Tuner(天線調諧)的方式，幫助提高天線的效率。
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深圳市飛宇信電子有限公司
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