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5G終端天線設(shè)計剖析

發(fā)表時間：2022-01-10
談到”終端“，相信大家都不會感到陌生，我們的移動電話和日常工作中經(jīng)常使用的電腦一樣，都叫終端。
 
終端是離用戶距離最近的節(jié)點，也是用戶與系統(tǒng)之間的接口。用戶訪問和接入網(wǎng)絡(luò)，必須依靠終端。
 
進入21世紀以來，隨著物聯(lián)網(wǎng)的誕生和發(fā)展，終端的種類迅速增加。它們的連接對象不再僅僅是人，而是延伸到世間萬物。
 
IoT，Internet of Things（物聯(lián)網(wǎng)）
例如，家里的門鎖、電燈、電器，城市里面的路燈、水電表、垃圾桶，甚至包括單車、汽車、無人機，聯(lián)網(wǎng)之后，都變成了終端設(shè)備，統(tǒng)稱為物聯(lián)網(wǎng)終端。
 
物聯(lián)網(wǎng)終端
2019年6月，國家工信部正式發(fā)放了5G商用牌照，標志著邁入了“萬物互聯(lián)”的5G時代。

5G憑借大帶寬、低時延、廣覆蓋等特點，不僅將消費互聯(lián)網(wǎng)的用戶體驗推向了更高的水平，也極大地推動了百行千業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)場景孵化和落地。

例如，5G結(jié)合4K/8K超高清視頻技術(shù)，甚至VR/AR技術(shù)，可以實現(xiàn)海量視頻數(shù)據(jù)的無線傳輸，擺脫有線傳輸帶來的空間束縛。

再例如，5G智能制造場景下，采用了5G技術(shù)的工業(yè)機器人，控制消息的時延極低，可以完成高精度的操作，提升生產(chǎn)效率。

還有大家關(guān)注的無人駕駛和遠程駕駛場景，車聯(lián)網(wǎng)與5G相結(jié)合，借助5G低時延高可靠性網(wǎng)絡(luò)，可以更好地實現(xiàn)車路協(xié)同，提升安全系數(shù)。
 
5G無人機
5G強大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，為行業(yè)應(yīng)用場景的完美實現(xiàn)，奠定了堅實的基礎(chǔ)。然而，它也給終端產(chǎn)品設(shè)計帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

尤其是終端產(chǎn)品的信號收發(fā)能力，如果無法滿足要求，那么即使網(wǎng)絡(luò)再好，也是“有網(wǎng)無端”，難以發(fā)揮5G的真正價值。

那么，影響物聯(lián)網(wǎng)終端信號收發(fā)能力的最關(guān)鍵部件，究竟是什么呢？

相信大家都已經(jīng)猜到了，沒錯，就是天線。
 
 5G終端天線設(shè)計的重難點

天線，英文名叫做antenna，是所有通信設(shè)備最重要的部件之一。它的好壞，直接關(guān)系到終端的通信能力以及工作效率。

一直以來，天線都是終端的設(shè)計重點和難點。5G的到來，更是將天線的設(shè)計難度推向了難以想象的高度。

首先，5G終端要支持多天線技術(shù)，以滿足超高傳輸速率要求。

5G的超高速率（Gbps以上），要求強大的多天線系統(tǒng)性能支持極強的數(shù)據(jù)吞吐能力。為了實現(xiàn)高速率，5G引入了Massive MIMO（大規(guī)模天線）技術(shù)，終端天線需要同步支持。5G還引入了Beamforming（波束賦型），終端天線同樣需要支持。
 
其次，5G終端天線必須有合理的布局設(shè)計，盡可能小型化。

終端天線一般分為外置天線和內(nèi)置天線。外置天線我們見得比較多，體積較大，獨立于設(shè)備之外。而內(nèi)置天線體積小巧，集成在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備內(nèi)部。
 
 
現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)終端，一般都要求體積小巧，且內(nèi)置天線更加美觀，更具市場競爭力，所以，越來越多的終端廠商選擇內(nèi)置天線方案。

在本已狹小的設(shè)備內(nèi)部空間，塞入5G天線，談何容易？

天線是敏感元件，放置位置和方式有嚴格的限制，不是隨便亂塞的。如果布局設(shè)計不合理，可能導(dǎo)致和其它器件之間的互相干擾，出現(xiàn)電磁兼容性（EMC）問題。

5G頻段，中低頻有Sub-6 GHz頻段（甚至700MHz頻段）， 高頻有毫米波頻段。頻率跨度大，意味著天線尺寸跨度也大，加上多制式網(wǎng)絡(luò)的支持，要求天線必須具備很好的調(diào)諧能力，這也大幅增加了天線的設(shè)計難度。

在設(shè)計天線布局時，還必須要考慮用戶使用場景和方式。例如，5G手持終端需要考慮手部握持的位置，5G踏板車需要考慮天線會不會被騎手身體阻擋，等等。

第三個設(shè)計難點，在于功耗控制。

功耗是物聯(lián)網(wǎng)終端的命門。如果天線設(shè)計未經(jīng)優(yōu)化，會加劇電池的消耗速度。

5G作為高性能終端，功耗設(shè)計壓力本來就大。如果天線額外增加了對電池的消耗，無異于雪上加霜。試想一下，如果5G終端需要頻繁更換電池，用戶體驗從何談起？隨之而來的成本增長，又該如何面對？

除了上述幾點之外，終端天線設(shè)計需要考慮的因素還有很多，例如新工藝新材料的應(yīng)用，產(chǎn)品耐用性、可靠性、易安裝性的增強，等等。 
 
好了，以上就是有關(guān)于5G終端天線設(shè)計的剖析，希望對大家有所幫助。