5G終端天線設(shè)計(jì),到底有多難?
我們每天形影不離的手機(jī),還有上班時(shí)經(jīng)常使用的電腦,都被稱為終端。
終端是離用戶距離最近的節(jié)點(diǎn),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(jìn)入21世紀(jì)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(duì)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(jī),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(biāo)志著邁入了“萬物互聯(lián)”的5G時(shí)代。
5G憑借大帶寬、低時(shí)延、廣覆蓋等特點(diǎn),不僅將消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)的用戶體驗(yàn)推向了更高的水平,也極大地推動(dòng)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(shí)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(jī)器人,控制消息的時(shí)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(yuǎn)程駕駛場景,車聯(lián)網(wǎng)與5G相結(jié)合,借助5G低時(shí)延高可靠性網(wǎng)絡(luò),可以更好地實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同,提升安全系數(shù)。
5G無人機(jī)
5G強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信能力,為行業(yè)應(yīng)用場景的完美實(shí)現(xiàn),奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。然而,它也給終端產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
尤其是終端產(chǎn)品的信號(hào)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(jià)值。
那么,影響物聯(lián)網(wǎng)終端信號(hào)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(cuò),就是天線。
▉ 5G終端天線設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)
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(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)。5G的到來,更是將天線的設(shè)計(jì)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(qiáng)大的多天線系統(tǒng)性能支持極強(qiáng)的數(shù)據(jù)吞吐能力。為了實(shí)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(jì),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(dú)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(yán)格的限制,不是隨便亂塞的。如果布局設(shè)計(jì)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(jì)難度。
在設(shè)計(jì)天線布局時(shí),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(huì)不會(huì)被騎手身體阻擋,等等。
第三個(gè)設(shè)計(jì)難點(diǎn),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(jì)未經(jīng)優(yōu)化,會(huì)加劇電池的消耗速度。
5G作為高性能終端,功耗設(shè)計(jì)壓力本來就大。如果天線額外增加了對(duì)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(yàn)從何談起?隨之而來的成本增長,又該如何面對(duì)?
除了上述幾點(diǎn)之外,終端天線設(shè)計(jì)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(qiáng),等等。
對(duì)于終端廠商來說,要在研發(fā)和設(shè)計(jì)5G終端天線時(shí)面對(duì)這么多的挑戰(zhàn),實(shí)在是力不從心。
有些廠商,因?yàn)楹鲆晫?duì)天線的前期設(shè)計(jì),導(dǎo)致產(chǎn)品定型后發(fā)現(xiàn)性能受限,工作效率無法符合設(shè)計(jì)需求,最終不得不花更多的經(jīng)費(fèi)、時(shí)間和精力,對(duì)天線進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。
也有的終端廠商,雖然知道天線的重要性,但缺乏天線專業(yè)人才,不具備合格的天線設(shè)計(jì)和測試能力,只能束手無策。
▉ 5G終端天線設(shè)計(jì)的解決方案
面對(duì)5G終端天線設(shè)計(jì)的諸多挑戰(zhàn),國內(nèi)模組行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)——上海移遠(yuǎn)通信,提出了自己的見解和應(yīng)對(duì)方案。
對(duì)于移遠(yuǎn)通信,行業(yè)內(nèi)的讀者一定都非常熟悉。他們是全球領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)解決方案供應(yīng)商,模組出貨量排名前列,擁有涵蓋2G/3G/4G/5G、NB-IoT/LTE-M、車載前裝、安卓智能和GNSS模組的完備產(chǎn)品線。
作為模組廠商,移遠(yuǎn)通信在天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)積累。
目前,移遠(yuǎn)通信已成功推出250多種天線產(chǎn)品,包括膠棒、組合式、出線式、磁吸式等外置天線,以及PCB、FPC、SMD、陶瓷等內(nèi)置天線,覆蓋包括5G在內(nèi)的不同技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
移遠(yuǎn)通信天線產(chǎn)品
移遠(yuǎn)通信認(rèn)為,終端廠商選擇多個(gè)供應(yīng)商,采購組件,然后集成到一臺(tái)設(shè)備中的傳統(tǒng)方式,已經(jīng)無法滿足5G終端的天線設(shè)計(jì)需求。無線模組和天線由一家能同時(shí)提供應(yīng)用方案的供應(yīng)商進(jìn)行整合設(shè)計(jì),將是5G時(shí)代終端天線設(shè)計(jì)的主流趨勢。
無線模組、天線分開設(shè)計(jì)和采購,就好像是一輛汽車升級(jí)時(shí)只換發(fā)動(dòng)機(jī),或者只換車架、輪胎,缺乏整體上的考慮,性能提升始終有限。
而整合設(shè)計(jì)的方式,是站在更高的視角,進(jìn)行全局考慮。無線模組和天線之間能達(dá)到更好的協(xié)同,發(fā)揮最佳性能。
例如5G天線的調(diào)諧能力,在整合設(shè)計(jì)的前提下,表現(xiàn)肯定優(yōu)于分開設(shè)計(jì)。
除了達(dá)成5G的指標(biāo)要求之外,整合設(shè)計(jì)也有利于減小5G終端的整體尺寸,減少對(duì)空間的占用。對(duì)于系統(tǒng)功耗和散熱控制來說,整合設(shè)計(jì)也有明顯優(yōu)勢。
系統(tǒng)級(jí)整合方案還有一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn),就是降低5G終端的設(shè)計(jì)難度,方便廠商們以更快的速度推出產(chǎn)品,搶占市場。
5G模組 天線集成化設(shè)計(jì)方案
移遠(yuǎn)通信的“無線模組 天線”整合設(shè)計(jì)方案,既充分利用了自身在模組領(lǐng)域領(lǐng)先的技術(shù)實(shí)力和經(jīng)驗(yàn),又發(fā)揮了全定制天線設(shè)計(jì)、集成和制造能力,可以說是如虎添翼,讓5G客戶實(shí)現(xiàn)拿來即用,減少其在5G技術(shù)上的研發(fā)投入,縮短開發(fā)周期,助力產(chǎn)品快速上市。
移遠(yuǎn)通信擁有專業(yè)的天線團(tuán)隊(duì),天線服務(wù)貫穿咨詢與評(píng)估、設(shè)計(jì)、測試和認(rèn)證、生產(chǎn)制造等各個(gè)環(huán)節(jié),可以提供一站式服務(wù)。
除了設(shè)計(jì)能力賦能之外,移遠(yuǎn)通信天線服務(wù)還充分考慮了質(zhì)量方面的保障,以及延伸服務(wù)能力的加強(qiáng)。
為了保證天線產(chǎn)品的質(zhì)量,移遠(yuǎn)通信具備完善且嚴(yán)格的質(zhì)量流程,可以提供完善的測試系統(tǒng)和設(shè)備。移遠(yuǎn)還可以提供射頻設(shè)計(jì)審查和整機(jī)EMC/Desense排查測試,幫助客戶解決最常見的難點(diǎn)、痛點(diǎn),大幅減少開發(fā)工作量。
移遠(yuǎn)通信5G終端天線測試設(shè)備
延伸服務(wù)能力方面,移遠(yuǎn)通信的服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)遍布全球各地,可以提供本地化技術(shù)支持服務(wù),更快響應(yīng)客戶需求,為客戶終端快速搶占市場全方位“護(hù)航”。
移遠(yuǎn)還可以綜合評(píng)估運(yùn)營商要求,進(jìn)行預(yù)認(rèn)證測試、OTA優(yōu)化,為客戶節(jié)約各項(xiàng)成本,加速終端上市,搶占5G市場先機(jī)。
▉ 結(jié)語
隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的提速,我們整個(gè)社會(huì)正在加速走向數(shù)字化、智能化。
以5G終端為代表的海量物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn),正在遍布地球的每一個(gè)角落,它們是數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)末梢,也是構(gòu)建精彩數(shù)智世界的基石。
我相信,在不久后的將來,在完善的設(shè)計(jì)服務(wù)加持下,還會(huì)有更多優(yōu)秀的5G終端產(chǎn)品甚至爆款產(chǎn)品出現(xiàn),顛覆我們的認(rèn)知,徹底改變現(xiàn)有的工作和生活方式。
未來已來,讓我們拭目以待!
(全文完)