正如我們之前所說(shuō)，洶涌而至的5G大潮將會(huì)給射頻前端帶來(lái)了重要的挑戰(zhàn)，我們也在早前也談了很多關(guān)于功率放大器和濾波器方面的碰到的問(wèn)題和應(yīng)對(duì)之策，但其實(shí)手機(jī)的天線，在5G到來(lái)之后，也會(huì)面臨前所未有的考驗(yàn)。

Qorvo產(chǎn)品行銷經(jīng)理 Steve Hsieh

日前在中國(guó)***舉辦的“2019 IATE 5G/B5G夏季技術(shù)論壇”上，全球領(lǐng)先的射頻解決方案提供商Qorvo公司的產(chǎn)品行銷經(jīng)理Steve Hsieh帶來(lái)了關(guān)于5G時(shí)代手機(jī)天線設(shè)計(jì)的一些思考，現(xiàn)在我們分享如下，以饗讀者。

全球主要地區(qū)的5G頻段應(yīng)用現(xiàn)狀

在談具體的挑戰(zhàn)之前，Steve Hsieh先給我們科普了5G時(shí)代的頻譜分布：

首先我們可以看一下在Sub-6Ghz頻譜下，全球主要城市和地區(qū)的頻譜分布。例如中國(guó)很聚焦在n78和n79，EU是n78，韓國(guó)也是n78。美國(guó)則一開(kāi)始會(huì)關(guān)注在毫米波，到后面才會(huì)有Sub-6G的布局。

比較麻煩的是日本的頻段，他們首先之一的是3.6Ghz到4.1Ghz的n77頻段，這跟其他家不一樣，如果你手機(jī)需要去覆蓋這個(gè)頻率，那么天線的設(shè)計(jì)會(huì)顯得不太容易。

Steve進(jìn)一步分析，如下圖所示，韓國(guó)的頻譜比較確定，在3.4Ghz到3.7Ghz之間，運(yùn)營(yíng)商也基本落實(shí)在LG、KT和SKT。美國(guó)則聚焦在band 48的部分，來(lái)到中國(guó)方面，中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通則主要聚焦在3.4Ghz到3.6Ghz的頻段，而中國(guó)移動(dòng)則聚焦在4.8Ghz到4.9Ghz的頻段，中國(guó)移動(dòng)同時(shí)還有另外一個(gè)頻段——n41。

Steve還特別強(qiáng)調(diào)了在日本這邊，他們的n77與其他國(guó)家的有點(diǎn)不一樣，包括NTT、KDDI、RAKU、SB和KDDI在內(nèi)的運(yùn)營(yíng)商也都聚焦在3.6Ghz到4.1Ghz的頻段。另外，NTT還有個(gè)n79頻段（4.5Ghz到4.6Ghz），因此如果你要在一個(gè)設(shè)備上同時(shí)支持中國(guó)和日本的頻段，同時(shí)加上日本的一些運(yùn)營(yíng)商要求到年底前，所有設(shè)備都必須同時(shí)支持n77和n79頻段。那么這將就意味著會(huì)給天線帶來(lái)非常大的挑戰(zhàn)。

前面談的是Sub-6G的頻段，下面我們來(lái)看看b41的頻段。

Steve指出，根據(jù)規(guī)定，本來(lái)b41談的是2496Mhz和2690Mhz的頻段，而中國(guó)大陸本來(lái)的頻譜分布是中國(guó)移動(dòng)占據(jù)2575Mhz到2635mhz，中國(guó)聯(lián)通則占有2555Mhz到2575Mhz頻段，中國(guó)電信則是2635Mhz到2655Mhz的頻段。但現(xiàn)在中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通都把這兩個(gè)頻段給了中國(guó)移動(dòng)，在交換完成了之后，現(xiàn)在的中國(guó)移動(dòng)擁有了2515Mhz到2675Mhz共160Mhz帶寬的頻段。幾乎掌控了整個(gè)b 41的頻段。

作為交換，中國(guó)移動(dòng)則把n78頻段給了中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信。

從上圖你也可以看到，如果你想支持除了美國(guó)以外的國(guó)家的頻段，你只需要選擇一個(gè)160Mhz、支持b41的濾波器就行了。但是如果你還需要同時(shí)支持美國(guó)，尤其是Sprint。因?yàn)楹笳叩腷41的頻率范圍為2496Mhz到2690Mhz的194Mhz的帶寬，這就需要工程師在設(shè)計(jì)天線的時(shí)候多加考慮了。

5G帶給天線設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

在對(duì)全球的頻譜分布有了基本的了解以后，Steve給我們做了5G給天線設(shè)計(jì)帶來(lái)的挑戰(zhàn)思考。

Steve表示，回顧一下過(guò)去幾年從2G到5G的天線的發(fā)展趨勢(shì)。如下圖所示，在2G時(shí)代，每個(gè)手持設(shè)備可能只需要2個(gè)天線就夠了；到3G因?yàn)橛蠫PRS和WIFI等的加入，這就必然增加了天線的數(shù)量；而從4G開(kāi)始到現(xiàn)在的5G，MIMO逐漸增加，頻段也越來(lái)越多，這就帶來(lái)天線的增加。

Steve指出，在Sub-6Ghz的時(shí)候，需要8到10個(gè)天線，但到了毫米波時(shí)代，手機(jī)天線會(huì)增加到10到12根甚至更多。但我們應(yīng)該了解到，在天線數(shù)量增加的同時(shí)，留給天線的空間卻越來(lái)越小，這主要由手機(jī)的發(fā)展和設(shè)計(jì)趨勢(shì)所導(dǎo)致的。

“現(xiàn)在，手機(jī)幾乎都往全面屏設(shè)計(jì)這個(gè)方向走，安裝在手機(jī)上的攝像頭也越來(lái)越多，再加上類似攝像頭升降這樣設(shè)計(jì)的存在，以上都會(huì)擠壓天線的空間”，Steve說(shuō)。

另外，因?yàn)锽71、GPS L5和 n77&n79等新頻段（下圖左下方的彩色部分）的引入，再加上需要對(duì)4*4 MIMO、載波聚合、802.11.ad和毫米波的支持，這與上面的手機(jī)留給天線的空間減少合在一起，加劇了天線的設(shè)計(jì)難度。Steve強(qiáng)調(diào)。

在Steve看來(lái)，碰到這些問(wèn)題，那就需要類似Aperture Tuning、Impedance Matching和更小的天線解決方案和低損耗的Tuner來(lái)解決。