使用AiAiP實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新手機(jī)天線設(shè)計(jì)的詳細(xì)資料說明

　　毫米波科技于手機(jī)上的應(yīng)用除了熟知的5G毫米波外，另一潛在的新興應(yīng)用便是60-GHz毫米波的運(yùn)動(dòng)（如：手勢或頭部動(dòng)作）識別雷達(dá)。而顯示屏是手機(jī)極為重要且顯性的關(guān)鍵特點(diǎn)（feature），隨著2017年而起的全面屏風(fēng)潮，對現(xiàn)今主流手機(jī)而言，大屏或高屏占比的設(shè)計(jì)，早已成為標(biāo)準(zhǔn)的基本配置。然而，對于用戶多數(shù)的手機(jī)無線操控運(yùn)動(dòng)，尤其是手勢或頭部動(dòng)作，往往偵測的方向是需朝向顯示屏前方，而此隱含著雷達(dá)天線的輻射方向圖應(yīng)是出屏面而朝用戶的方向。而目前的主流設(shè)計(jì)為在顯示屏上開設(shè)無金屬遮擋的天線窗口（如：劉海notch）而在此窗口下放置60-GHz毫米波的AiP（antenna-in-package）方案（或直接采取非高屏占比的設(shè)計(jì)以可在非屏區(qū)下裝設(shè)60- GHz毫米波的AiP模塊）；如此，雷達(dá)波束方可有較佳的輻射出屏面而朝向用戶，以有助用戶的無線操控體驗(yàn)。然而，此設(shè)計(jì)常會(huì)影響甚而阻礙手機(jī)高屏占比或是全面屏之設(shè)計(jì)，而顯示屏的觀感與體驗(yàn)卻又如前所述往往是手機(jī)重中之重。故，如何于手機(jī)上兼容全面屏與60-GHz毫米波運(yùn)動(dòng)識別雷達(dá)便成為手機(jī)天線研究與設(shè)計(jì)的新熱點(diǎn)課題。近日，一篇去年由vivo移動(dòng)通信公司天線預(yù)研團(tuán)隊(duì)投稿基于AiAiP ［1］–［3］的手機(jī)毫米波天線創(chuàng)新設(shè)計(jì)以可兼容手機(jī)全面屏與60-GHz毫米波天線的研究文章［4］于今年的 EuCAP（歐洲天線與傳播會(huì)議）線上刊出，此創(chuàng)新設(shè)計(jì)不但有助于未來手機(jī)全面屏與60-GHz毫米波天線及LTE天線三者兼容設(shè)計(jì)的新思路拓展，且此設(shè)計(jì)亦納入了手機(jī)的屏幕玻璃與玻璃粘膠對毫米波天線的覆蓋，故更具實(shí)際的設(shè)計(jì)指導(dǎo)功用。文章作者表示：“此研究的主要框架與思路起源于2018年下半年，于2019年投稿文章前已進(jìn)行相關(guān)專利申請，而此設(shè)計(jì)理念秉承了先前同樣地由此天線預(yù)研團(tuán)隊(duì)所提出的 AiA ［5］–［6］及AiAiP ［1］–［3］思維，即把原先對天線設(shè)計(jì)為不利或制約因素的金屬邊框，轉(zhuǎn)化為對天線設(shè)計(jì)有利而助益的天線載體，以可突破原先的設(shè)計(jì)限制，并兼容全面屏設(shè)計(jì)，而達(dá)到有效輻射的目的及更有競爭力的產(chǎn)品。因基于金屬邊框設(shè)計(jì)的毫米波天線的輻射方向要求需出屏面而朝向用戶，但受限于有限的金屬邊框厚度及有限的機(jī)內(nèi)堆疊空間，一般形式的天線設(shè)計(jì)方案［7］–［10］往往較難同時(shí)滿足產(chǎn)品與輻射的需求，故此處方案為于金屬邊框上設(shè)計(jì)嵌入式（embedded）的H面扇形喇叭天線（H-plane sectoral horn antenna），以良好地復(fù)用狹窄的金屬邊框作為喇叭天線的邊界金屬（因H面的喇叭天線是平行沿著（而非正交于）金屬邊框進(jìn)行長邊開口，故無需增加金屬邊框的厚度，即不影響全面屏的可視區(qū)（active area），即A.A.區(qū)，的占比）并可得到所需的出屏面而朝用戶的輻射方向圖，且此60-GHz毫米波天線也進(jìn)一步與金屬邊框的LTE天線進(jìn)行嵌入式的集成設(shè)計(jì)，故此兩類天線可共享金屬結(jié)構(gòu)而臻至更為緊湊且克服金屬屏蔽的設(shè)計(jì)；此外，若整機(jī)條件允許，此設(shè)計(jì)亦可進(jìn)行多處布局放置，以達(dá)用戶更優(yōu)的無線操控體驗(yàn)。于此拋磚引玉，望各位老師、學(xué)者專家，與朋友先進(jìn)，惠予匡斧指導(dǎo)。” 下文主要為節(jié)錄選取自前述發(fā)表的文章（略除細(xì)部尺寸與參數(shù)），以進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)思路的分享。此設(shè)計(jì)與仿真為基于電磁仿真軟件Dassault System Simulia CST 2018進(jìn)行， 而如下圖1所示，此手機(jī)外觀為金屬邊框及正反兩面皆為100%玻璃覆蓋（而正面與背面外觀皆相同）且為典型實(shí)際尺寸的模型。圖中黃色部分為金屬，藍(lán)色部分為屏幕玻璃，而棕色部分為介電材質(zhì)的包膠。而圖2為當(dāng)屏幕玻璃去除后的，手機(jī)內(nèi)部正視圖，由圖2中可看出4個(gè)60-GHz毫米波天線（其中1個(gè)為發(fā)射天線，3個(gè)為接收天線）內(nèi)嵌集成于金屬邊框中，且此金屬邊框同時(shí)也作為LTE低與高頻的天線，屏幕的可視區(qū)（即A.A.區(qū)）對于手機(jī)整個(gè)正面的占比高于91.7%。而圖3則為去除掉后蓋玻璃的內(nèi)部視圖，在頂部與底部金屬框各有兩個(gè)T形開縫（外窄內(nèi)寬），以利LTE天線的設(shè)計(jì)。而圖1–3中的尺寸單位皆為毫米（mm）。