下一代移動(dòng)設(shè)備的快速創(chuàng)新帶來(lái)了天線實(shí)現(xiàn)方面的重大工程挑戰(zhàn)。關(guān)鍵問(wèn)題在于，由于蜂窩、Wi-Fi、超寬帶 (UWB)、毫米波 (mmW) 和 GPS 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了新頻段和提出了新要求，使得 5G 手機(jī)的射頻路徑通常為 LTE 手機(jī)的兩倍多。然而，空間不足限制了增加新天線及/或在多個(gè)頻段之間共享天線的能力，從而引發(fā)了更復(fù)雜的問(wèn)題。工業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新（如可折疊或可卷曲屏幕以及使用虛擬控件取代物理按鈕）對(duì)天線設(shè)計(jì)和布局帶來(lái)了明顯限制。增加載波功率要求與 OME 系統(tǒng)效率目標(biāo)和改進(jìn)（如電池使用壽命）之間的沖突也帶來(lái)了額外挑戰(zhàn)。Qorvo 在幫助企業(yè)解決棘手射頻問(wèn)題方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，其重新構(gòu)想 Qorvo 天線解決方案 (QASR) 可幫助工程師應(yīng)對(duì)空間、設(shè)計(jì)和性能挑戰(zhàn)，以便利用射頻架構(gòu)中的天線功率。

快速發(fā)展的移動(dòng)行業(yè)

隨著智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備制造商與移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商競(jìng)相提供更大覆蓋范圍、更高數(shù)據(jù)速率、全新的無(wú)線通信功能和變革性工業(yè)設(shè)計(jì)，移動(dòng)行業(yè)的創(chuàng)新步伐繼續(xù)快速前進(jìn)。

智能手機(jī)制造商開(kāi)始擴(kuò)大產(chǎn)品系列的 5G 支持，以滿足視頻流、視頻會(huì)議、音樂(lè)和游戲等數(shù)據(jù)密集型服務(wù)日益增長(zhǎng)的需求。因此，用于高端手機(jī)的 5G 高帶寬 6 GHz 以下頻段（n77/n78 和 n79）和更寬毫米波頻段 (n257-n261) 如今也開(kāi)始用于中端和大眾市場(chǎng)手機(jī)。在增加射頻復(fù)雜性的同時(shí)，5G 不僅需要增加新的蜂窩頻段，還需要在更高頻段上支持 4x4 MIMO，以實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸速度。

制造商還在手機(jī)中增加了更多非蜂窩頻段，以提供更快的網(wǎng)絡(luò)，支持新的定位服務(wù)。例如：Wi-Fi 6E/7 將 Wi-Fi 擴(kuò)展到 6 GHz 頻段，并提供超寬的 160-320 MHz 信道，以便為高清流傳輸、虛擬現(xiàn)實(shí)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)游戲等應(yīng)用提供更高的性能，同時(shí)緩解 Wi-Fi 頻譜廣泛使用所造成的擁堵。

最初用于高端手機(jī)的 UWB 技術(shù)，如今也開(kāi)始用于中端和大眾市場(chǎng)手機(jī)。UWB 能夠以前所未有的精度（誤差在幾厘米內(nèi)），在室內(nèi)或室外計(jì)算距離和位置，并且開(kāi)始支持全新的定位應(yīng)用和設(shè)備。顧名思義，UWB 使用的信道寬度至少為 500 MHz，頻率范圍為 3.1-10.6 GHz，目前移動(dòng)應(yīng)用主要使用的頻率范圍為 6-9 GHz。制造商還開(kāi)始增加新的 GPS L5 和 L2 頻段，這為任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用提供了更高定位精度等各種優(yōu)勢(shì)。

與此同時(shí)，隨著移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商尋求優(yōu)化現(xiàn)有頻譜的使用，以提高數(shù)據(jù)速率，智能手機(jī)開(kāi)始增加越來(lái)越多的多蜂窩頻段復(fù)雜組合。許多運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始使用 EN-DC（E-UTRAN 新無(wú)線電 — 雙連接），這樣就可以通過(guò)使用 4G 錨頻段與 5G 數(shù)據(jù)頻段組合在某些地區(qū)更快地部署 5G 數(shù)據(jù)速率。載波聚合 (CA) 整合了多個(gè)分量載波 (CC)，以實(shí)現(xiàn)更大帶寬和更高數(shù)據(jù)速率。隨著組合選項(xiàng)中添加了越來(lái)越多的頻段，CA 現(xiàn)在也開(kāi)始變得越來(lái)越復(fù)雜。5G 定義了數(shù)百種最多可達(dá) 16 個(gè) CC 的新組合，每種組合的連續(xù)帶寬可達(dá) 100 MHz，總聚合帶寬可達(dá) 1 GHz 左右。其中包括具有挑戰(zhàn)性的兩個(gè)或多個(gè)低頻段新聚合，如歐洲或亞洲的 B20 + B28 組合和北美的 B5 + B12、B13 或 B14 組合，它們具有更大范圍和更大吞吐量等優(yōu)勢(shì)。

制造商還開(kāi)始采用更高的發(fā)射功率，以擴(kuò)大高頻信號(hào)的覆蓋范圍，因?yàn)楦哳l信號(hào)的傳播距離不及低頻信號(hào)。2 級(jí)功率可使天線的發(fā)射功率翻倍（達(dá)到 26 dB），目前已經(jīng)廣泛使用，而業(yè)界目前也開(kāi)始探索能使功率進(jìn)一步增加兩倍（至 29 dB）的 1.5 級(jí)功率。

工業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新

由于制造商在尋求新方法來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化，并提供令人欣喜的全新消費(fèi)者體驗(yàn)，智能手機(jī)工業(yè)設(shè)計(jì)也開(kāi)始快速發(fā)展。變革性設(shè)計(jì)包括可卷曲屏幕的手機(jī)和可折疊屏幕的翻蓋手機(jī)。環(huán)繞手機(jī)邊框的屏幕具有前沿的時(shí)尚外觀，同時(shí)盡可能擴(kuò)大消費(fèi)者可用的屏幕面積。物理按鈕開(kāi)始被虛擬控件所取代，虛擬控件通常位于手機(jī)的下邊框或側(cè)邊框。此外，制造商還在不斷增加用戶看重的其他新功能，如更出色的顯示屏、更多的攝像頭、多種生物識(shí)別認(rèn)證方法、更高質(zhì)量的揚(yáng)聲器和更大的電池。雖然它們對(duì)消費(fèi)者極具吸引力，但這些功能會(huì)占據(jù)空間，從而減少射頻前端 (RFFE) 可用的空間，而且它們還會(huì)對(duì) RFFE 組件和天線的位置帶來(lái)新的限制。

這些趨勢(shì)導(dǎo)致了使用蜂窩和/或非蜂窩連接的小型物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備爆炸式增長(zhǎng)，包括手表、其他可穿戴設(shè)備和小型跟蹤設(shè)備。在這些設(shè)備中，空間至關(guān)重要，而將射頻內(nèi)容壓縮到微型空間中也非常重要。

天線挑戰(zhàn)

連接和工業(yè)設(shè)計(jì)方面的這些創(chuàng)新給致力于下一代智能手機(jī)和其他移動(dòng)設(shè)備的工程師帶來(lái)了各種相互關(guān)聯(lián)的天線挑戰(zhàn)。

射頻路徑翻了兩倍多

增加新的蜂窩和非蜂窩頻段大大提高了移動(dòng)設(shè)備中射頻路徑的總數(shù)。支持 mmW 頻段和 UWB 的典型 5G 手機(jī)的射頻路徑是典型 4G 手機(jī)的兩倍多。每條射頻路徑都需要連接至天線，但要將天線的數(shù)量翻倍根本不可能。這是因?yàn)槭謾C(jī)內(nèi)部可用空間有限：增加天線數(shù)量意味著它們必須彼此靠近，從而會(huì)降低天線之間的隔離度。這會(huì)導(dǎo)致耦合相關(guān)問(wèn)題，從而增加 RFFE 中存在非線性元件的可能性，使接收器的靈敏度降低。

考慮到固定外形尺寸中可實(shí)現(xiàn)的天線總數(shù)限制，處理射頻路徑數(shù)量增長(zhǎng)的邏輯方法就是增加每個(gè)天線的帶寬，以支持更多頻段。然而，這種方法也會(huì)帶來(lái)挑戰(zhàn)。天線帶寬越寬，損耗往往就越大。它們可能需要更多空間，因?yàn)樘炀€的尺寸是由其支持的最低頻率決定的。此外，使用單根天線同時(shí)發(fā)射和接收多個(gè)頻段會(huì)提高混合信號(hào)產(chǎn)生非線性雜散發(fā)射的風(fēng)險(xiǎn)。解決這些問(wèn)題并非易事：需要進(jìn)行仔細(xì)分析并采用專(zhuān)門(mén)的天線設(shè)計(jì)技術(shù)，同時(shí)在 RFFE 中結(jié)合適當(dāng)?shù)臑V波和路由解決方案。

超寬帶

支持 UWB 需要使用 3 或 4 根相對(duì)較大的貼片天線，而這會(huì)占用手機(jī)內(nèi)原本就很擁擠的大量空間。因此，制造商開(kāi)始尋找將其中一些天線組合在一起的方法，以減少所需的整體空間。另一個(gè)考量就是，是否將一根天線置于手機(jī)的邊框，以實(shí)現(xiàn)出色的全方位測(cè)距性能。

載波聚合和 EN-DC

CA 和 EN-DC 頻段組合的快速增加加劇了天線挑戰(zhàn)。如今，可實(shí)現(xiàn)的聚合包括高、中、低頻段的數(shù)百種不同組合。既包括每個(gè)頻率范圍內(nèi)的多頻段組合（如低-低或中-中聚合），也包括不同頻譜范圍內(nèi)的頻段組合（如低-中和低-中-高聚合）。此外，每個(gè) CC 的最大帶寬也在增加。4G 將載波帶寬限制在 20 MHz，而 5G 則將最大連續(xù)帶寬增加至 45 MHz（用于 2300 MHz 以下頻段），最高可達(dá) 100 MHz（用于 2300 MHz 以上頻段）。

因?yàn)樘炀€總數(shù)有限，每根天線可能都需要在非常寬的頻率范圍內(nèi) (600 MHz-5000 MHz) 提供高性能寬帶發(fā)射和接收信號(hào)。

低-低聚合帶來(lái)了一些最具挑戰(zhàn)性的天線設(shè)計(jì)問(wèn)題。移動(dòng)手機(jī)通常使用位于手機(jī)頂部和底部的兩根主要天線來(lái)支持低頻段。這些天線位置最大限度地減少了用戶與手機(jī)交互會(huì)降低性能的可能性，因?yàn)橄M(fèi)者通常將手放在手機(jī)兩側(cè)，而不是頂部和底部。關(guān)鍵問(wèn)題在于，低-低聚合可能需要使用支持低頻段發(fā)射的第三根天線。這意味著，制造商需要在手機(jī)內(nèi)找到更多空間來(lái)放置這根天線，并確保所選天線位置在所有使用條件下都能夠提供足夠的性能。

更高Tx 功率

PC 2 和 PC 1.5 規(guī)格中定義的更高功率輸出會(huì)影響智能手機(jī)的電池使用壽命。這也意味著，RFFE 內(nèi)部的所有后 PA 組件（包括天線調(diào)諧器）都需要處理更多功率。這通常意味著需要使用更大的組件，但考慮到空間限制，這成為一大問(wèn)題。輸出功率的增加也意味著 RFFE 組件將生成更高電平的雜散信號(hào)，從而需要額外關(guān)注如何緩解靈敏度降低和 RSE 問(wèn)題。

新設(shè)計(jì)可縮小天線空間

采用可折疊和可卷曲屏幕的新手機(jī)設(shè)計(jì)帶來(lái)了一系列天線挑戰(zhàn)。手機(jī)必須能夠在不同的物理狀態(tài)下（卷曲或展開(kāi)、折疊或打開(kāi)）運(yùn)行，這嚴(yán)重限制了天線的潛在位置，并且還可能需要使用不同的天線材料。更大的挑戰(zhàn)是，設(shè)計(jì)的限制可能意味著天線必須置于次優(yōu)位置，這使其性能更容易受到人類(lèi)交互的影響。天線接地可能會(huì)受影響，從而影響輻射效率。為確保在所有使用條件下的運(yùn)行效率，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)和定位天線。

使用軟件定義的虛擬按鈕代替機(jī)械按鈕會(huì)帶來(lái)額外的天線挑戰(zhàn)。將這些按鈕置于手機(jī)底部可最大限度地提高便利性和用戶可用的屏幕空間，但這也意味著它們可能會(huì)干擾過(guò)去放置在此位置的主天線。

誰(shuí)將率先解決挑戰(zhàn)？

正如本文所展示的，下一代移動(dòng)設(shè)備帶來(lái)了相當(dāng)多的天線設(shè)計(jì)和工程問(wèn)題。那么，誰(shuí)將率先解決挑戰(zhàn)？除了克服極其困難的挑戰(zhàn)所帶來(lái)的當(dāng)之無(wú)愧的自豪感，贏得創(chuàng)新競(jìng)賽的團(tuán)隊(duì)將在消費(fèi)者支持之爭(zhēng)中具有顯著的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

QASR 如何提供幫助

重新構(gòu)想 Qorvo 天線解決方案 (QASR) 在幫助智能手機(jī)工程師解決下一代智能手機(jī)和其他設(shè)備所面臨的天線挑戰(zhàn)方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。

Qorvo 致力于投資能夠促進(jìn)創(chuàng)新并支持手機(jī)持續(xù)發(fā)展的技術(shù)。然而，創(chuàng)新技術(shù)本身不足以解決棘手的射頻問(wèn)題。因此，Qorvo 與移動(dòng)行業(yè)緊密合作，幫助工程師解決每種移動(dòng)設(shè)備面臨的獨(dú)有設(shè)計(jì)問(wèn)題。Qorvo 在幫助制造商將創(chuàng)新解決方案融入智能手機(jī)和其他設(shè)備方面擁有極其豐富的經(jīng)驗(yàn)，包括：

業(yè)界首款天線調(diào)諧器，可幫助提高更廣泛頻段中的天線效率。

了解天線復(fù)用器、新路徑和標(biāo)準(zhǔn)的組合，以解決和簡(jiǎn)化新興的復(fù)雜場(chǎng)景。

推動(dòng)新型定制技術(shù)的發(fā)展，以滿足天線調(diào)諧、傳輸功能和射頻路由方面的 5G 需求。

QASR 可幫助您應(yīng)對(duì)空間、設(shè)計(jì)和性能挑戰(zhàn)，以便利用射頻架構(gòu)中的天線功率。

原文標(biāo)題：重新構(gòu)想面向下一代移動(dòng)設(shè)備的天線設(shè)計(jì)解決方案

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審核編輯:湯梓紅