蘋果5G毫米波天線專利推出，將用于5G iDevices設(shè)計(jì)

2017年底美國專利商標(biāo)局公布了蘋果公司的第一款八木天線（Yagi Antenna）專利。毫米波天線很可能會(huì)應(yīng)用在蘋果下一代5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，如果一切順利，毫米波5G網(wǎng)絡(luò)將在2020年至2021年之間在美國推出。

然而毫米波技術(shù)在移動(dòng)通信中應(yīng)用還包括一系列的技術(shù)問題，包括毫米波的傳播損耗大，容易受到環(huán)境因素的影響等，而這些技術(shù)問題蘋果希望通過毫米波八木天線來克服。

圖1 蘋果的5G iDevices設(shè)計(jì)

蘋果在其專利背景中指出，未來可能需要支持毫米波頻段的無線通信。有時(shí)被稱為極高頻（EHF）通信的毫米波通信涉及大約10-400GHz頻段。在這些頻率上操作可能會(huì)支持更高的帶寬，但同時(shí)也可能帶來相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。比如說，毫米波通信是一種典型的視距通信，在信號(hào)傳播過程當(dāng)中，會(huì)衰減大量的信號(hào)。因此，蘋果希望能夠向電子設(shè)備提供改進(jìn)的無線通信電路，例如支持毫米波通信的通信電路。

蘋果的發(fā)明就是為了改善無線通信電路，比如支持毫米波通信的通信電路。這種無線電路可能包含一個(gè)或多個(gè)天線，而每個(gè)天線可能包含相控天線陣，而當(dāng)中又包含了許多天線單元。相控天線陣可能被用來處理毫米波無線通信，并有執(zhí)行波束調(diào)控的操作。

相位天線陣列可能沿著電子設(shè)備殼體的邊緣進(jìn)行安裝，在殼體背面中絕緣標(biāo)志或其他天線窗口之后，也可能與殼體角落處的絕緣殼體部分進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)安裝，還可能是在電子設(shè)備的其他地方安裝，相關(guān)專利如下圖2所示。

圖2 下一代iPhone和iPad的毫米波天線

基帶處理器可能會(huì)以中頻頻率在中頻信號(hào)路徑上將無線信號(hào)分配給相控天線陣。相控天線陣上的收發(fā)器電路可能包括耦合到中頻信號(hào)路徑的上變頻器和下變頻器。這種布置可以使得路徑損耗最小化，通過將中頻頻率將信號(hào)分配到相控天線陣列上并在本地將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成天線的射頻信號(hào)的方法。

圖3 蘋果的八木天線在手機(jī)上的位置

而這種印刷電路板天線可以包括八木天線。每個(gè)八木天線可以具有反射器，散熱器和一個(gè)或多個(gè)引向器。電子設(shè)備可以具有帶電介質(zhì)區(qū)域的金屬外殼。電介質(zhì)區(qū)域可以是金屬外殼或其它電介質(zhì)區(qū)域中的填充了塑料的槽。

反射器，散熱器和引向器可以被配置為使得每個(gè)天線具有與金屬殼體中的電介質(zhì)的相應(yīng)部分對(duì)準(zhǔn)的輻射圖案。在具有多個(gè)襯底層的印刷電路板中，天線中的不同導(dǎo)向器可嵌入在不同的成對(duì)的襯底層之間以形成垂直取向或者對(duì)角線定向的輻射圖案。天線的導(dǎo)向器也可以沿著印刷電路板的表面形成，使得天線呈現(xiàn)水平定向的輻射圖案。

例如專利說明書中圖3所示的天線＃40可以是八木印刷電路板天線和/或其他合適的天線。

此外，蘋果專利圖3是說明性配置中的iDevice的后視圖，其中每個(gè)角＃50已經(jīng)設(shè)置有由多個(gè)天線形成的相控天線陣列。如圖3所示，每個(gè)拐角具有由三個(gè)相應(yīng)的天線40形成的陣列，定向?yàn)?度，45度和90度。使得相鄰天線具有沿著45度分開的方向定向的輻射圖，并且每個(gè)角落處的天線陣列可以具有任何合適數(shù)量的天線（例如，兩個(gè)或更多個(gè)，三個(gè)或更多個(gè)，三個(gè)到五個(gè)，三個(gè)到八個(gè)，少于五個(gè)，少于十個(gè)等等），并且這些天線可以通過任何合適的角度量（0-45度，10-30超過5度，小于25度，小于75度，等等）向外輻射。

圖4 5G即將成為現(xiàn)實(shí)

除了在未來的iDevices和Macs中使用，蘋果指出新的天線還可能會(huì)應(yīng)用于其他可能的未來設(shè)備中，例如嵌入在眼鏡或其他用戶頭戴設(shè)備中，抑或其他可穿戴的微型設(shè)備、電視機(jī)、不含嵌入式計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)顯示器、游戲設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備和諸如在售貨亭或汽車中內(nèi)嵌了顯示器的電子設(shè)備上的嵌入式系統(tǒng)。

考慮到這是一項(xiàng)專利申請(qǐng)，此類產(chǎn)品上市的時(shí)機(jī)目前還不得而知 - 盡管5G網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)在未來幾年中實(shí)現(xiàn)。