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全面屏为手机天线设计带来极大的挑战,厂商们应如何应对?

然全面屏的到来让手机的外观设计得到大幅提升,但全面屏也给手机整机带来了很多问题,如前置摄像头、指纹识别、听筒、距离传感器、天线等都需要跟进调整设计。而天线作为手机用于收发信号的重要部件,其所受影响更大。


特别是2018年伊始,手机加快向5G过渡,其中4.5G手机将采用4x4MIMO天线,也就是说相比目前手机天线,多了一对收发天线。若过渡到5G,还会采用8x8MIMO技术,手机中天线再增加四个天线,天线数量越来越多,加上全面屏技术的叠加,使得手机中天线设计难度增加。

如何应对这巨大的难题和挑战?未来天线设计有哪些趋势?今天我们来了解一下。


一、全面屏对天线设计带来的挑战

天线性能的好坏是通过效率等指标来评判的,根据vivo黄博士的介绍,影响天线性能主要有四大因素:材料、结构、电气、环境。全面屏手机的到来,对天线设计造成的影响主要体现在结构及环境上。

1. 结构上天线的净空区缩小

手机在天线设计时,应远离金属元件(电磁干扰)、隔离电池、振荡器、屏蔽罩、摄像头等不相干的零部件,给天线留出一段干净的空间。天线空间如果大,它覆盖的频段也好、效率也好,本身的性能也就更好一些。



以前16:9的屏幕,最终给天线留下来的净空在7-9毫米(LCM背光模组到整机底端一般会有9mm左右的主净空),而进入全面屏(一般18:9)时代,留给天线的空间大概只有3-5毫米(如三星S8的LCM背光到整机底端只有不到5mm的主净空),甚至更窄。可摆放天线的位置更加受限,天线的净空区缩小,同时天线距金属结构件更近了,这会使得天线的全向通信性能很差,也使得天线的设计难度提升。

2. 环境上屏更靠近天线

因为屏更靠近天线,而屏对天线效率有吸收的劣化作用,具体来说,屏对天线的影响有﹕效率的降低、电子噪声干扰(主要是因高速数位信号中的高频谐波能量耦合入天线),更受限的天线摆放位置;反之,天线对屏潜在的影响风险则主要来自于因天线发射功率而造成屏可能的误动作,即EMI的现象,尤其是在发射天线(特别是cellular的发射天线)与屏之间的距离愈来愈近时。

因此总体来说,全面屏对天线设计造成了不小的影响。

二、如何应对全面屏对天线设计带来的挑战

针对全面屏手机的天线设计,小编结合各行业专家的介绍总结为未来应尽可能如何减小损耗,提高天线效率、缩小天线占据手机内部的空间、创新天线制程及实现工艺等。具体如下:

1. 采用低电磁损耗的天线材料

iPhone X发售后,经过各种拆机分析,LCP这种材料浮出了水面,为什么苹果要采用?主要原因就是这种材料的介质损耗和导体损耗更小,电性能更优。同时还可以用这种柔性材料代替同轴电缆实现与线路板的转接。

2. 天线小型化

相比传统手机,全面屏的天线设计应对空间环境运用细化与优化,以获得较大的空间而支持天线较优的辐射。

将天线尺寸变小,未来或将成为主要天线设计趋势。

表:天线小型化技术

技术

原理与实现手段

镜像技术

根据镜像原理,垂直于大地的一个单极子会在大地板上产生一个镜像的单极子,最终这两个单极子会组合成最基本的偶极子天线,充分利用现有地板,通过镜像技术可以把原先的天线尺寸缩小至1/4

集总元件加载

在天线适合位置加载一个/多个集总元件,有效调节天线的输入阻抗,从而减小天线尺寸

高介电常数基片

当天线置于高介电常数的材料中,由于所需的谐振长度变短,介质板对电磁波有缩波效应

路径折弯技术

合理将天线辐射体进行折弯,不仅可以缩小天线尺寸,还可以使天线产生多模谐振的特性,对多频段、宽频化有帮助

3. 天线与其它零组件结合

目前电子行业的发展趋势是集成化产品越来越多,集成化产品的一大好处就是尺寸,体积会更小,天线与其它零组件组合,未来可能会变成类似芯片,SMT的东西。对应的解决方案有LDS天线技术、整合天线与其他零件等。其中LDS技术是很多厂商比较认可也在不断研发的一种工艺,也就是激光镭射技术。

例如三星 Galaxy S8全面屏手机就是采用一些组合的多功能硬件,如扬声器/天线阵列,以及天线/NFC 线圈组件,位于手机中框的两侧,大大减小了边框面积。

 

图 三星S8将天线和扬声器、NFC结合在一起


5G时代即将来临,4.5G手机将采用4x4MIMO天线,也就是说相比目前手机天线,多了一对收发天线。从事手机材料和制造工艺研究的深圳市微航磁电技术有限公司周红卫先生认为:从结构上来看,这类天线还是分布在手机四个角上,且采用金属边框来“外露”天线,目的是远离下手机中其他部件,提升天线效率,若过渡到5G,还会采用8x8MIMO技术,手机中天线再增加四个天线,则需要把再增多的天线放置到手机后盖位置了。

4. 增大传导发射功率

全面屏挤占了天线的空间,使得天线效率变差,最终影响了TRP(Total Radiated Power)也就是天线的整体发射功率。未来研究的方向应该是在小范围内提高发射功率,这样即便被吸收掉一些,最终释放出去的还是多的。

据Qorvo中国区移动产品事业部销售总监介绍,可以通过开源的方式,提高PA 的功率,也可以采用ET 或者boost 的方式,通过把电压升高以提升PA 的功率。

5. 使用更多更优的电调谐器件

使用数目更多/ 功能更强/ 性能更优的电调谐器件等,以维持或提升天线性能。

6. 研究新的天线制程及实现工艺

不断创新天线制程及落地实现工艺,也是为了更好地运用有限的空间环境,减少天线设计带来的难度。

部分描述来源于vivo黄博士,艾邦产业通原创文章,未经允许,禁止转载!

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