5G手機天線技術及工藝詳談！5G真的要來了

　　根據(jù)工信部、中國IMT-2020（5G）推進組的工作部署、三大運營商的5G商用計劃，我國將于2017年展開5G網(wǎng)絡第二階段測試，并預計于當年年底完成。5G真的要來了。相比4G，那么手機中天線有什么不同？

　　一、5G是什么？

　　通訊中的5G（概念），即第五代移動電話行動通信標準，也稱第五代移動通信技術。5G（第五代移動通信技術）是目前正在推進的4G（第四代移動通信技術）之后的延伸。

　　5G與4G、3G、2G不同，5G并不是一個單一的無線接入技術，也不是幾個全新的無線接入技術，而是多種新型無線接入技術和現(xiàn)有無線接入技術（4G后向演進技術）集成后的解決方案總稱。從某種程度上講，5G是一個真正意義上的融合網(wǎng)絡，是傳輸速率可以達到10Gbps的移動通信技術。

　　5G最顯著的特點是高速，按規(guī)劃速率會高達10～50Gbps，人均月流量大約有36TB。4G的發(fā)展最高可以達到峰值1G的上網(wǎng)速率，而5G則可以最高達到10G。這意味著，在5G網(wǎng)絡環(huán)境下，一部超高清畫質的電影1秒內就可以下載完成。與4G網(wǎng)絡相比，5G網(wǎng)絡不僅傳輸速率更高，而且在傳輸中呈現(xiàn)出低時延、高可靠、低功耗的特點，低功耗能更好地支持物聯(lián)網(wǎng)應用。

　　二、5G何時能商用？2020年！

　　華為在2013年11月宣布，將在未來的5年投入6億美元用于5G研發(fā)，預計首個5G商用網(wǎng)絡將于2020年面世。

　　三星對于5G網(wǎng)絡商用的預期也是2020年。2013年2月，歐盟宣布，將撥款5000萬歐元，加快5G移動技術的發(fā)展，計劃到2020年推出成熟的標準。而日本運營商NTT DoCoMo 2013年10月表示，考慮在2020年東京奧運會前商用5G。

　　無線通信技術通常每10年更新一代，2000年3G開始成熟并商用，2010年4G開始成熟并商用，現(xiàn)在研究5G，2020年成熟應該是符合規(guī)律的預期。

　　三、5G重點和網(wǎng)絡射頻部分簡介

　　1、基站和終端

　　5G網(wǎng)絡是一個密集分布基站網(wǎng)絡，基站分布密度比前幾代移動系統(tǒng)都高。

　　其中，基站移動終端之間采用28Ghz的毫米波頻段通訊?；?a target="_blank">天線系統(tǒng)采用相控陣天線體制。波束在垂直和水平兩個方向交叉極化，以實現(xiàn)更高的用戶密度和增加系統(tǒng)用戶容量。

　　5G終端具備自選基站能力，可以根據(jù)基站誤碼率挑選誤碼率低的基站和信道通訊。

　　實現(xiàn)以上這些功能，依賴陣列天線技術，基站和終端都用到了毫米波相控陣天線。終端中天線陣列為nXn點陣；

　　2、回顧下終端中天線技術

　　手機中布滿了天線，從GPS、藍牙、wifi、2G、3G、4G等頻段。頻率越低，尺寸越大。毫米波，顧名思義，其波長尺度在10mm內了，照波長四分之一計算，約2.5mm的點陣，就是組成有規(guī)則間距的陣列。

　　4G的天線一般布置在手機上下端部和側面，采用了LDS（立體電路的一種制造工藝，激光在3D曲面塑膠上選擇性沉積金屬工藝）和FPC（柔性線路板）配合側面金屬邊框來實現(xiàn)終端天線功能：

　　金屬機身手機中，外露的中框一段金屬與手機內FPC組成了天線：

　　2017年玻璃機身手機開始流行，這類手機擬用到的工藝和材質依然是FPC和LDS工藝，也有把天線制造在玻璃殼體和玻璃支架上的：

　　0.1-0.2mm厚度3D的玻璃支架上制造邊框觸摸和天線

　　3、5G的手機天線特點及其工藝

　?。?）5G終端天線，對周邊金屬很敏感，

　　由于毫米波之波長很短，來自金屬的干擾是非常厲害的，印刷線路板（即PCB板），需要其與有金屬的物體之間需要保持1.5mm的凈空。

　?。?）5G天線是垂直與水平天線交互的點陣

　　這種垂直和水平交互的天線，對應垂直和水平兩個極化方向的信號收發(fā)。

　?。?）5G天線對安裝位置有特殊要求

　　由于5G終端天線是相控陣體系，其天線單元需要合成形成聚焦波束，因此需要規(guī)則的位置進行擺放，天線不能被金屬遮擋，適合3D空間掃描，規(guī)則的空間。

　　5G終端，被人手和人體遮擋，其信號都會開始尋找最優(yōu)誤碼率頻段，形象的說，手機像一個長了眼睛的小寵物，一旦遮擋他，他即刻眼球四處轉動尋找最優(yōu)信道。我們把5G手機這一動作叫手機尋優(yōu)，因此，設計終端時候，安裝天線位置一開始就要合適，使其好尋優(yōu)。目前手機終端中，最適合5G天線位置是兩端，尤其是上端部（聽筒位置附近），其他4G內天線都要給其讓路，也就是說有優(yōu)選位置權，其他天線移到他處。

　?。?）5G天線是一個含芯片的模組

　　天線點陣，16個小的米粒大小的天線，不可能用16根屏蔽線引出信號到射頻芯片了，需要就地解決與芯片連接難題。引出天線與點陣天線做成一體，一般一個芯片管理四個點陣。

　　天線模組輸出不是射頻信號，可以用接插件引出端子到手機主板上。

　?。?）5G天線用什么材料制造？

　　這涉及到模組封裝問題，

　　●柔性基材

　　前文中提到的4G天線制造材料中FPC工藝，涉及到PI膜（聚酰亞胺）是不能用于10G頻率以上系統(tǒng)，因為，材料有一個叫損耗的指標，聚酰亞胺基材，在10Ghz以上損耗很厲害了。

　　微航推出一種基材厚度在6微米，增材制造技術沉積金屬的工藝，去掉了基材與銅箔之間膠層，可用于毫米波段天線制造。

　　●剛性基材

　　塑膠、和線路板材質

　　既要3D封裝，又要焊接電子元件，又要毫米波段電磁損耗低，這樣材料不多，

　　剛性線路板都沒有用于4G天線，也不會用于5G。若采用適合毫米波段的印制電路板材料，把天線和電路全制造的這種印制板上，如下圖：

　　價格是很貴的，且天線是平面構型，性能會大打折扣，若把天線部分拆出來用高頻印制板制造，則失去了3D性能（手機四個角落弧形，天線需要共形設計）。

　　毫米波段，對手機天線位置很敏感，差之毫厘，失之千里（指手機入網(wǎng)指標）。

　　塑膠中毫米波段低損耗的材質是液晶聚合物（LCP）和PPS材質，但都需要再進一步改性成LDS基材。微航磁電公司未雨綢繆，推出這種天線模組制造全套制造流程。也可以采用改性PP材質支架+激光點焊芯片工藝，這是一種低成本材料體系，利益PP材質低損耗，用激光點焊回避了其不耐高溫焊接缺陷。激光點焊（配合特殊焊接錫膏），是一種在低溫基材上焊接電子元件技術。其實5G基站天線都可以采用此種工藝大幅度降低材料成本。4G的室內分布基站，目前都采用塑膠材質代替微波電路板，見下圖：

　　4G室內分布基站，運營商在使用中，微航代工制造天線組件

　　5G時代，基站更多，采用先進材料和制造工藝降低成本非常重要。

　　總之4G時代成長起來的LDS工藝還將大放異彩，只是換了材料而已。

　?。?）5G終端需要4G/3G天線嗎？

　　需要， 至少5G終端開通初期， 因此手機中天線林立。