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从4G到5G,看手机后盖中天线位置及工艺变迁

来源: 时间:2017-12-08 16:32:05 浏览次数:

    4.5G|5G时代来临,传统的手机天线工艺已经满足不了时代的变化,天线的布局位置、制造工艺及材料等都或将发生改变,今天,我们来看一下,从4G到5G,手机后盖中天线位置及工艺的变迁。

一、从4G到5G,手机天线方面问题倍增

1. 天线种类与数量开始增多

    5G (Fifth-Generation)就是第五代移动通信技术,是多年来通讯技术发展从量变到质变的产物,由于采用毫米波技术,传输距离短,遇到障碍物会阻断连接,对手机材质要求高。4G到4.5G Pro,再到4.9G及最终逐步实现无缝过渡到5G,4.5G Pro速率可达1.2Gbps,4.9G将与5G共存。4.5G网络将在带宽、网络容量、时延等方面获得提升。具体来说,可以实现随时随地100Mbps连接速度,网络时延将从目前4G的几十毫秒缩短到10毫秒,并能支撑300亿量级的连接数。 华为P10和三星开卖终端。

    目前所说的4.5G是4x4MIMO,其载波聚合演示,速率高达1.2Gbps。继4.5G之后出现的4.5Gadvance是8x8MiMo,速率2Gbps以上,手机中分别多了2和4副天线,天线数量大幅增加,位置需求也变多,到了5G时代,如果处于高频毫米波段还会增加天线数量。目前13个省已经升级系统到4.5G,3G有5个频段、4G有40个频段、5G新增50个以上频段,RF前端模组、组件,从2016年的101亿美元,跃升到2022年的227亿美元(Yole Developpement预计)

2. 天线指标受到影响,布设区域需重新考量

    6Ghz内,4G-LET频段改造成的3D-MIMIO发射天线,与之配套的手机采用4x4 MIMO天线。4.5G中MIMO表示多输入和多输出,在发射和接收端采用多天线收发,通过空间复用和增益分集来提升容量和可靠性,天线相关性,隔离度严重影响天线指标,如何去耦?MIMO天线,分裂成碎片,多天线之间存在隔离度!已经不是传统的一根金属线分频段取信号模式了。然手机空间小,连续成片设计天线区域有限,后盖也许是最佳的布设天线的区域!


    总之:在安装天线的起始阶段,就要注意寻找合适的位置以便于寻找合适的频段,在手机中,最适合5G天线的位置是两端,尤其是上端部。然而4.5G|5G的到来,天线的数量及种类增加,这就意味着传统的布设天线的两端空间拥挤,天线效率下降,部分天线需要移位至其它地方,这就对手机结构和材质、设计等带来了新的挑战。后盖成为一个可以尝试的领地。

二、天线在手机中的位置迁移:需散开分布

   手机中,摄像头开始变双摄和四摄,多倍连续变焦;手机全面屏也开始普及,这些因数导致传统的布设天线的最佳两端空间拥挤,天线效率下降,射频和结构工程师开始苦恼。
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天线互耦合示意
  
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左,无互耦合;右,互耦严重

    要降低互相耦合,原来的从一个天线中取信号来做不同频段的思路已经不可行了,需要四个天线空间散开布置,越远越好!且空间错位布置。

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4个天线分布在4个角落是最佳选择!
 
    具体操作如下:机金属边框被切成6-8段,四个天线各取一段做天线外露的辐射体。由于手机中后部,Harvatek连续的成片的塑胶空间少,碎片式空间,采用“中和线”来去耦合、地线分割去耦技术,都需要有连续的引线空间,因此,一种考虑是不增厚手机情况下,电路布设在后盖上,作为传统的工艺无法解决射频指标下的一种新选择!或者把一些其他频段天线“赶”到后盖上去,流出四个角落空间。
 
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辐射的3D图空间错位
 
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图 将天线布置在后盖上
 
三、天线制造工艺的变化

    传统工艺:FPC和LDS技术来做天线载体,结合金属中款分段取信号。在4.5G时代依旧如此。在毫米波段,也可通过手机金属中框来做天线
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新制造技术:采用后盖中LDS油墨制程。具体步骤如下:
1)高压膜片内侧喷涂热固化之黑色LDS油墨,既遮光又起到电路基材作用
2)再3D激光扫描,予以活化;
3)化学镀铜镍或者金
 
这种工艺的优势在于:
1、一体化,免除粘接天线FPC之大量人手;
2、成本便宜;
3、可靠性高;
4、连片空间,离内部电子干扰最远,性能好。
 
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图 后盖复合材料上制造天线


    总结:手机非金属后盖是一个重要的天线区域,手机天线工程师急于有所作为,结构工程师则比较保守。后盖与PCB连接需要采用弹片或者导电泡棉。高压膜片后侧是否再二次注塑:IML,IMD?更便于天线直接制造在塑胶壳体上?

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图 后盖与PCB板的连接需注意的问题

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