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5G真的要来了!vivo黄奂衢博士揭秘5G天线黑科技

2017年11月21日 08:43  CCTIME飞象网  

飞象网讯(高靖宇/文)随着4G日渐成熟,5G离我们越来越近,预计 2020 年可望进入正式商用,而5G 时代也将迎来低时延、高网速的使用体验。然而对于手机厂商来说,5G 的天线设计将更为复杂,尤其是在毫米波频段,对于现今强调轻薄的智能型手机来说会是很大的挑战。

近日,飞象网记者对vivo首席天线专家黄奂衢博士进行了专访,从手机天线技术演进、手机毫米波天线阵列设计,5G手机变化等多角度揭开vivo 5G的神秘面纱。

从4G到5G 天线技术将是质的跳跃

2G到4G,伴随着无线通信技术的迅猛发展,移动电话也经历了从之前的大哥大到小灵通再到如今的智能手机的改变,外形越来越小巧,造型也越来越多变,最明显的就是之前长长的电线“消失”了。

黄奂衢博士表示,在1G到3G世代的手机天线设计,基本可由天线设计师独力完成,但到了4G LTE时代,由于频带的增多与频率下探,在受限的天线有效空间下,往往需借助电调谐器件,以达更有效率的辐射,而此时软件便对手机天线设计有所涉入与贡献,但此时软件工作仍属于支持天线设计师的辅助角色,然而到了5G毫米波的天线阵列设计,软件的角色已经不再只是按照天线设计师的要求进行协助,而是转变为可以直接影响波束赋形阵列性能良莠的关键角色。

黄奂衢博士认为,1G到3G,天线设计师对手机天线设计是主宰的角色,而到4G是主导的角色,到了5G毫米波,则转变为与软件工程师协作的角色,而这也是由另一视角与观点再次说明5G手机毫米波天线阵列设计本质上的转变。

毫米波是目前正在研究当中的5G技术最值得期待的,它通过使用高频率信号在毫米波的频带中分配到更多的带宽,用以提供速度更快、质量更高的视频和多媒体内容。

此外,黄奂衢博士表示,虽毫米波波束赋性天线阵列有不同的设计架构与方向,但现今手机毫米波天线阵列较为主流与合适的可能方向一般是基于相控阵(phased antenna array)的方式,而相控阵毫米波天线阵列实现的方式主要可分为三种,即:AoB (Antenna on Board,即天线阵列位于系统主板上)、AiP (Antenna in Package,即天线阵列位于芯片的封装内),与AiM (Antenna in Module,即天线阵列与RFIC形成一模组),虽此三者各有优势之处,但目前更多的是以AiM的方式实现,例如vivo将AiM的毫米波天线阵列模组,整合入vivo Xplay 6手机内,在整机系统上进行设计、优化、验证、量测,与用户体验,来体现整机而非模组单体的毫米波无线性能。

黄奂衢博士表示,毫米波阵列不是新的概念,但对手机天线设计是新的概念,vivo通过将AiM的毫米波天线阵列模组,整合入vivo Xplay 6手机内,在整机系统上进行设计、优化、验证、量测,与用户体验,来体现整机而非模组单体的毫米波无线性能。

手机外观设计与天线设计的平衡

回顾过往手机材料的发展史,塑料、金属、玻璃、陶瓷都做过后盖。塑料是手机外壳的开山鼻祖,虽然性价比高,但因为品质低档而淡出消费者视野;2012年苹果首推铝镁合金后盖手机之后,金属机壳成为手机行业追赶的潮流。

金属手机壳外观靓丽、手感和散热好、抗摔,但容易出现信号屏蔽的问题,iPhone4出现的“死亡之握”,就是因为天线设计的缺陷对信号造成明显的信号衰减,这也是第一次让人们开始注意到手机天线设计的重要性。

在黄奂衢博士看来,手机外观设计与天线设计是天然的矛盾体,“当你希望产品有足够吸引力,外观有突破的时候,天线和结构就成为最大瓶颈,可不可以配合这样的外观做出合格的天线设计,如果做不出来外观就要牺牲。所以为什么外观演进从塑胶到玻璃,到金属,金属占比越来越高,天线能不能扛住这样的设计和市场要求,如果不行,就要回退到以前的设计,所以天线是外观设计的最大阻力。

对于5G手机的天线设计,另外一个难点就是空间布局。黄奂衢博士表示,未来的5G手机里面一样会有4G天线,4G是辅助5G的,另外还有5G低频、毫米波、GPS、蓝牙、wifi,甚至可能还有无线充电,这么多天线,但空间是有限的,而无线的功能是一直增长的,对于手机设计来说,不可能因为增多一个无线功能就随意改变手机的长度或者宽度,这样的话就天线的布局尽量靠近,同时又不互相干扰,这也是未来5G手机天线设计的一个难点。

vivo积极布局5G

据CCS insight预测,到2021年,5G智能手机的出货量将达到1亿部。 Strategy Analytics 也预测5G商用手机销售会始于2020年,并在2025年出货量超过3亿部。巨大的换机市场势必会带来手机行业更加激烈的竞争,而这也将成为一场综合实力的较量。

目前处于国产手机第一阵营的华为、vivo、OPPO、小米等厂商都在积极参与5G相关技术标准的制定。其中,vivo率先提出“5G智慧手机”的理念,通过5G网络,拥有人工智能的手机将与网络中的各级智慧运算中心协同计算互相协作,让手机成为更加智能化、人性化的终端。

而作为5G手机最为重要的天线技术,vivo在研发上也投入了相当多资源,黄奂衢博士表示,其个人带领vivo团队走访过以色列高通(Qualcomm)、日本村田(Murata),与台湾启碁(WNC)等目前全球毫米波芯片与天线阵列领先的企业,并进行深入的交流与合作。

除了5G天线领域外,vivo近年在研发方面的投入也动作频繁。16年开始,vivo研发启动全球布局,分别在中国北京、深圳、南京、杭州、东莞,以及美国硅谷和圣地亚哥等7座城市设立研发中心,重点布局5G、人工智能和拍照三个领域。

编 辑:高靖宇
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