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通讯革命不只改变速度 还改变着手机的天线和形态

消息来源:baojiabao.com 作者: 发布时间:2024-04-20

报价宝综合消息通讯革命不只改变速度 还改变着手机的天线和形态

通讯革命改变手机形态

手机从最初的大哥大到今天经历了数十种形态发展,但在变化的背后始终离不开通讯技术进化的因素。

而在过去数十年的发展中,手机讯号频率从 MHz 进化到了 GHz;用于收发讯号的天线从机身以外隐藏到边框以内,数量也从一根变成了今天的数条。

我们常在路由器、对讲机上看到的天线其实和过去 1G、2G 时代的手机有点相似,在手机通讯的萌芽阶段,1G 网络的频段只有 800MHz,发射频率低、波长较长。因此初代手机天线往往会被设计在机身外部,让讯号收发效率更高,进而让手机和基地台连接并进行通话。

当然了,想让手机打得出电话,前提是需要给手机接上那根 5~10 釐米长的天线,所以早期手机就像一块砖头。在 90 年代的电影中,大哥大一度是富豪身份的象征,一来它不是普通百姓所有,二来它大得足够夸张。

不过如果你对早期手机还有印象的话,除了大哥大,相信你也会记得这两种天线样式的手机:

硬直螺旋天线,鞭式拉伸天线。

这两种手机是1990年代手机的代表,此时手机通讯已经迈入 2G 的 GSM / CDMA 双模时代,频段支援也从单一 800MHz 扩充到了 800MHz~1800MHz 。

其原理和前面的大哥大外置天线一样,频段提升缩减了讯号波长,2G 时代的天线得以隐藏到机身内部,继而让手机变成真正可以“一手掌握的机器”。

1999 年,诺基亚发布了全球第一台内置天线手机——诺基亚 3210。这款手机在当时就像一股清流,它一改了手机过去天线外露的形态,改变大众对当时手机形态的认知。

更关键的是,没有天线的手机更轻巧也更好看。

手机变得好看或许不全是天线的功劳,毕竟随着通讯基础设施逐步完善,基地台覆盖量翻倍,手机也没必要再将天线暴露于外,所以我们也要把这些综合因素计算在内,如果说天线完全改变了手机形态,那未免说得有点夸张。

但不可否认的是,天线对手机往后发展也的确存在决定性作用,尤其在手机成为人类万物互联起点的今天,天线布局对手机的设计和互动起到了体验上的影响。

我们常说带宽,但也别忘了同样重要的天线

“多天线”起源于 3G,普及于 4G。

此时手机的通讯频段已经从过去的 800MHz 提升至 1800MHz~2100MHz,也就是我们目前常用的通讯频段,而天线的尺寸也被控制在 4 釐米以内。

新一代通讯技术革命让移动网络和 App 发展起来。此时手机能做到的也不单只有简单的通讯,诸如 GPS、WiFi、蓝牙连接功能都在手机里同时发芽,显然过去的天线布局不能满足这些需求,因此多天线协作就有了存在的必要性。

不过尽管“多天线”能解决手机功能协作的问题,但厂商从 1 到 X 的迈进,也并非一路顺畅。

广为人知的例子是,苹果曾尝试在 iPhone 4 的不锈钢中框通过注塑技术安装双外天线,进而避免金属对讯号的干扰,让手机拥有金属和玻璃机身同时,也能让手机的通话、GPS、蓝牙等功能正常运作。

然而好景不长,由于 iPhone 4 的两根注塑天线分为上下两部分,位于下部的外天线恰好是用户最容易触碰的地方,当用户手握手机时,手机往往会因为用户手掌遮挡天线而导致讯号大幅衰弱。

iPhone 4 “死亡一握”的说法便由此而来。

当然解决办法还是有的。在之后的 iPhone 4S 上,苹果在机身增加了天线数量,从 iPhone 4 的 2 条增加为 4 条,并且还加入了天线切换策略——当用户在手握设备天线区域时,手机会自动切换到讯号最好的天线,如此类推,进而避免再次出现死亡一握的尴尬情况。

时至今天,“多天线”设计和智慧切换仍被广泛应用,而且根据不同的产品特性,手机厂商也会对手机天线进行不同的变形。

前段时间黑鲨发布了黑鲨手机 2,这款手机号称采用“交叉天线 + 侧天线”的方案,进而避免用户横向握持手机时对网络稳定性造成的影响;而荣耀的 V20 也在 V 型天线的基础上增加侧天线排列,同样也是为了避免用户握持手机时对讯号的影响。

诸如以上两个品牌针对产品而定制天线的厂商有不少,但他们的目的也是同样为了优化手机讯号。虽然我们提及到讯号问题时往往会说到基带,但其实天线对手机讯号也起到了决定性作用。

今年苹果在 iPhone XS 系列和 iPhone XR 上采用了英特尔供应的 XMM7560 。不巧在苹果换上新后 iPhone XS / XR 都出现了讯号不佳的尴尬情况,公众便自然将矛头指向了供应商英特尔。

不过对于 iPhone XS 的讯号问题,在网络上也有另一种说法:自称为“华为天线工程师”的网友 l.2016 在去年的知乎提问中曾提出,iPhone XS 的讯号问题根本,其实是来自于苹果第一次使用的 4X4 MIMO 天线(手机收发讯号主要由三部分构成:基带、射频、天线),而导致苹果冒险使用 4X4 MIMO 的原因,很大一部分是来自于电信商的压力。

今年是 iPhone 第一次做 4X4 MIMO。所以可以在外观上明显可以看出多开了 2 条缝,就是为了多加 2 个天线,从原来的 2X2 升级到 4X4。很不幸的是增加天线不是多开个槽就可以多做一个天线这么简单。4X4 MIMO 天线同频工作时的隔离度是非常难搞定的。同时原来的天线体积也会变小,导致性能下降。大家现在只关注到 lte 讯号不好,其实顶部的分集,GPS/WIFI 天线性能也是变差了。——知乎网友“l.2016”在《如何评价 iPhone XS 系列手机讯号不佳》的提问回答

l.2016 在之后的回答中补充,由于 iPhone XS 能在 4 个天线中自动切换,因此讯号问题可能能在之后的软件优化中改进。另外由于天线的涉及领域较广,因此讯号问题的观点他仅以个人的射频知识推论。

 

为了迎接 5G,厂商要做的并不只是排天线

虽然目前没有任何一家权威机构能为 iPhone XS 的讯号问题定论,但在郭明錤这份报告中,他认为 iPhone XS 目前在用的 LCP 天线不但提高了单机成本,而且也影响了手机在某些场景下的收发效能。

目前由于 MPI 在 4G 和 LTE 频段中的无线效能表现已经不输 LCP,但 MPI 的生产和成本比 LCP 更具优势,因此我们预期大部分的新款 iPhone 软板天线将舍弃 LCP 改用 MPI 材料。

不过考虑到 MPI 材质在初期的产能,郭明錤预估新 iPhone 依然会有部分比例继续使用 LCP,从天风国际去年公布的这张预测图能看到,相比于目前的 iPhone XS / XR,“2H19”的 iPhone 将会采用 MPI + LCP 的组合天线结构。

厂商要考虑 MPI 不无道理,虽然 LCP 天线是目前先进且被广泛使用的天线方案,但相比于传统的 PI 材质,一台 iPhone 的 LCP 天线成本约 6~10 美元,这要比传统的 PI 材质成本高出数倍。

与此同时,LCP 天线也存在技术复杂、良率低的技术问题,考虑到苹果对供应链的议价能力有限,因此物料成本仅为 LCP 天线 70%、中低频段性能和 LCP 接近的 MPI 便有了价格优势。

另一方面,在 Sub-6GHz 和 mmWare 毫米波(3~5GHz;20~30GHz)两种 5G 频段下,手机必需要更多的天线去处理高频传输的传输,这便需要更高的成本去布置 6 条甚至更多的天线,而在 MPI 的中低频效能追上 LCP 这个大前提,同时也出于对制造成本和售价的控制,厂商选用成本更低的 MPI 和 LCP 混搭布局,也并非绝不可能。

假如按照天风国际公布的这个逻辑猜想,若下一代 iPhone 会采用组合天线的方案,那么手机可能会通过天线切换策略在低中高频段自动切换天线:当手机用到 2G 中低频段时,首选会用 MPI;而当手机在大流量网络传输时,会选择 LCP。

当然,要迎接 5G 的到来,手机厂商也并非只增加天线就能完成任务,和网络关联的还有基带、处理器等核心零件,而更大的讯息处理能力往往也需要更大的电池支援,电池容量又和手机的大小体积有关。

所以在 5G 到来之前,我们可见的是,智能手机的内部设计正出现著变化。

与此同时,新的手机厂商们都将面临手机散热问题的考验,因此“薄”将不会再是厂商在 5G 时代的首要设计追求,网络能力和散热是他们短期内的追求目标。

智能手机实际上只是通讯革命下受影响最大的一种产品,在 5G 到来后,诸如平板、笔电等电子设备的设计、技术,甚至定价都会因为下一代通讯技术的出现而有不同程度的变化。

总体而言,新一代通讯技术的出现正推进著电子行业的巨轮往各方面突破,诸如主板技术、天线设计、电池续航、对供应链的把控力等等等等,显然厂商接下来要迎接的挑战,远比我们想像中的要多。MPI 和 LCP 的天线组合,其实只是平衡 5G 手机零件成本的其中一种办法而已。

 

  • 本文授权转载自:ifanr
2019-05-20 14:57:00

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