自2007年iPhone問(wèn)世以來(lái)的十年間，智能手機(jī)個(gè)頭在不斷變大，而其“罪魁禍?zhǔn)?rdquo;就是屏幕尺寸增大所逼。

      來(lái)看看屏幕的平均數(shù)據(jù)：智能手機(jī)的平均屏幕尺寸從3英寸擴(kuò)大到4英寸花了5年時(shí)間，但從4英寸擴(kuò)大到目前的5英寸只花了兩年時(shí)間。

       雖然這些年手機(jī)屏幕一直都有往大尺寸方向演進(jìn)，但屏幕過(guò)大時(shí)不利于用戶操作和體驗(yàn)，所以發(fā)展到5.5寸后，屏幕的尺寸增加開(kāi)始緩慢。而到了2017年，全面屏手機(jī)開(kāi)始受到廠商的關(guān)注。

       相比普通手機(jī)，全面屏手機(jī)具備更窄的頂部和尾部的區(qū)域和更窄的邊框。在整機(jī)大小不改變的情況下，減小手機(jī)屏的邊框，長(zhǎng)寬比例增大，增加屏占比，可以讓用戶擁有更大屏幕的使用體驗(yàn)。

       從人機(jī)工程學(xué)的角度看：18:9會(huì)更符合單手操作，同時(shí)更大的屏幕可滿足同時(shí)運(yùn)行兩款軟件并分屏操作，近期Android 7.0版本，增加了系統(tǒng)底層對(duì)多窗口的技術(shù)支持，分屏操作會(huì)因?yàn)槿嫫潦謾C(jī)的推出而慢慢成為用戶的習(xí)慣。

      從整機(jī)尺寸的角度看：5.7寸的全面屏手機(jī)與普通5.2寸手機(jī)的整機(jī)尺寸比較接近，但顯示區(qū)域大大增加，顯示內(nèi)容也更多，便于減少翻頁(yè)次數(shù)，使操作更加便利。

       全面屏的核心優(yōu)勢(shì)就在于超高的屏占比，不僅可以帶來(lái)更好的視覺(jué)體驗(yàn)，同時(shí)外觀也會(huì)顯得更加簡(jiǎn)單漂亮。但全面屏也給手機(jī)整機(jī)帶來(lái)了很多問(wèn)題，如前置攝像頭、指紋識(shí)別、   聽(tīng)筒 、距離傳感器、甚至天線都需要跟進(jìn)調(diào)整設(shè)計(jì)。而天線作為手機(jī)用于收發(fā)信號(hào)的重要部件，其所受影響也更大。

手機(jī)天線是全向，需要凈空區(qū)

      天線是接收和發(fā)送信號(hào)（電磁波）的設(shè)備，是無(wú)線通信最關(guān)鍵的零件。盡管天線的物理構(gòu)成較為簡(jiǎn)單，但是其設(shè)計(jì)和構(gòu)造復(fù)雜，涉及到手機(jī)內(nèi)部環(huán)境的方方面面，需要考慮很多因素。

      天線的方向性是指天線輻射的信號(hào)在特定方向上的強(qiáng)度。手機(jī)天線是全向天線，也就是說(shuō)在天線橫截面360°各方向的信號(hào)輻射強(qiáng)度相同，以實(shí)現(xiàn)最佳通信效果。要實(shí)現(xiàn)全向通信，手機(jī)內(nèi)的天線周圍需要足夠開(kāi)闊的空間，不能有屏蔽或干擾。

 
全向天線的輻射示意圖

      電磁波會(huì)被金屬屏蔽，導(dǎo)電的金屬能對(duì)電磁波產(chǎn)生反射、吸收、和抵消等作用，因此在設(shè)計(jì)天線時(shí)，應(yīng)遠(yuǎn)離金屬零部件，并避免接觸其他降噪元件。
 

      同時(shí)，電磁波容易受到干擾。電磁波干擾傳輸主要可以分為兩種形式：傳導(dǎo)傳輸式和輻射傳輸式。

      傳導(dǎo)傳輸式，即干擾源與天線之間有完整的電路連接，干擾信號(hào)通過(guò)這個(gè)連接電路傳遞到天線。這個(gè)傳輸電路可包括導(dǎo)線、電源、電阻、電感、電容等一系列元件。

      輻射傳輸式，即干擾能量以電磁場(chǎng)的形式向空間發(fā)射，干擾形式主要包括三種：來(lái)自其他天線發(fā)射的信號(hào)（天線對(duì)天線耦合）、靠近電流的空間電磁場(chǎng)（場(chǎng)對(duì)線的耦合）、兩股平行電流之間的感應(yīng)（線對(duì)線的耦合）。

 
電磁波會(huì)被金屬屏蔽

       因此，手機(jī)天線設(shè)計(jì)時(shí)，不僅應(yīng)遠(yuǎn)離金屬元件，而且還應(yīng)隔離電池、振蕩器、屏蔽罩、攝像頭等不相干的零部件，給天線留出一段干凈的空間（簡(jiǎn)稱凈空，clearance），保證天線的全向通信效果。

       在手機(jī)天線設(shè)計(jì)中，天線的凈空是關(guān)鍵的考慮因素之一。通常而言，天線的環(huán)境設(shè)計(jì)要求總結(jié)如下：

       金屬類殼體、裝飾、導(dǎo)電噴涂等應(yīng)距離天線20mm以上，因?yàn)槭謾C(jī)內(nèi)置天線對(duì)其附近的介質(zhì)比較敏感；

       電池（含電連接座）與天線的距離應(yīng)在5mm以上；

       當(dāng)采用天線RF雙饋點(diǎn)是，RF與地焊盤的中心距應(yīng)在4~5mm之間。

       PIFA天線與單極天線兩種手機(jī)天線方案的應(yīng)用條件和部分性能比較

全面屏手機(jī)凈空區(qū)域減小，天線設(shè)計(jì)難度提升

      由于手機(jī)屏幕上下邊框變得更窄，天線與金屬中框的距離更近，“凈空”比傳統(tǒng)屏幕更少。另外全面屏手機(jī)受話器、攝像頭等器件的影響需要更高的集成度，與天線的距離也更近，給天線留下的“凈空”區(qū)域比傳統(tǒng)屏幕更少，對(duì)射頻挑戰(zhàn)更高。

      以前16:9的屏幕，最終給天線留下來(lái)的凈空在7-9毫米（LCM背光模組到整機(jī)底端一般會(huì)有9mm左右的主凈空），現(xiàn)在到18:9的屏幕時(shí)，留給天線的空間大概只有3-5毫米（如三星S8的LCM背光到整機(jī)底端只有不到5mm的主凈空），甚至更窄。

      一般來(lái)說(shuō)，天線是圍繞著手機(jī)外框部分來(lái)說(shuō)的，上面一個(gè)主天線，下面一個(gè)從天線。“影響天線最大性能的部分就在于你給天線留下多少空間”，Qorvo中國(guó)區(qū)移動(dòng)產(chǎn)品事業(yè)部銷售總監(jiān)如是解釋，“天線空間如果大，它覆蓋的頻段也好、效率也好，本身的性能也就更好一些。但是全面屏擠占了天線的空間，擠壓的結(jié)果使得天線效率變差，最終影響了 TRP(Total Radiated Power)也就是天線的整體發(fā)射功率。”TRP 的標(biāo)準(zhǔn)是由運(yùn)營(yíng)商規(guī)定，頻段都有規(guī)定的數(shù)值，必須做到規(guī)定的TRP才能夠通過(guò)場(chǎng)測(cè)，滿足供應(yīng)商的要求，不然你做不了。

       可以說(shuō)，這將考驗(yàn)每一個(gè)天線廠商的工藝水平，力求將智能手機(jī)屏幕的上下留出的空間做的越窄越好，否則天線部分的損耗是比較大的。

      從頻段方面講，天線越長(zhǎng)就能夠覆蓋更低的頻段，高頻段反而對(duì)天線的尺寸要求不高。所以一旦天線空間受到擠壓后，影響最大的便是低頻，使得帶寬變窄。從數(shù)字上來(lái)看就是 TRP 的數(shù)值在下降，從16:9轉(zhuǎn)變?yōu)?8:9的屏幕時(shí)，像LTE B1、LTE B3、LTE B5這樣一個(gè)TRP的數(shù)字實(shí)際上已經(jīng)不符合CMCC要求了，比CMCC要求低了。

      從智能手機(jī)對(duì)MIMO、2CA、3CA、4CA和5G、以及低頻600兆的需求來(lái)看，天線的個(gè)數(shù)還要不斷增加。如果具備以上所有功能的話，智能手機(jī)原來(lái)只需2-4個(gè)天線，換做全面屏就要增加至4-7個(gè)天線，天線數(shù)量也在不斷增加中。

全面屏手機(jī)凈空區(qū)域減小，天線設(shè)計(jì)問(wèn)題如何突破

      當(dāng)前對(duì)于天線的解決方案分別有屏背后金屬切除，LDS天線技術(shù)和整合天線與其他零件三種。對(duì)于全面屏下的天線的解決方案有兩種思路，一種思路是擴(kuò)大手機(jī)內(nèi)部的凈空區(qū)域，對(duì)應(yīng)的解決方案為屏背后金屬切除。第二種思路是減小天線所需的凈空區(qū)域，對(duì)應(yīng)的解決方案有LDS天線技術(shù)、整合天線與其他零件。

屏背后金屬切除：增加手機(jī)內(nèi)部?jī)艨諈^(qū)域

      可以掏空角落部分的背板金屬，以保證足夠的凈空。手機(jī)屏幕的最后一般會(huì)有一塊金屬背板，起到保護(hù)屏幕、散熱等作用。天線一般安裝在主板上，但由于金屬背板的存在，其位置一般不能放置于屏幕后面。在全面屏?xí)r代下，可以將上下邊框角落的金屬背板挖掉，留出足夠的空間供天線使用。不過(guò)，這種方式會(huì)導(dǎo)致屏幕的強(qiáng)度變低、并增加加工成本。

iPhone 5s 的金屬屏幕背板

切除天線所在部分金屬背板

      此外，為了獲得更好的天線空間，三環(huán)和順絡(luò)陶瓷蓋板，以及信利的玻璃蓋板則為手機(jī)天線設(shè)計(jì)提供了更好的環(huán)境。

      解決全面屏天線設(shè)計(jì)問(wèn)題，除終端廠商努力外，射頻器件廠商也在不斷地嘗試，如：第一是開(kāi)源的方式，提高 PA 的功率，如果 PA 的功率大，即便被吸收掉一些，最終釋放出去的還是多的。第二就是 ET 或者 boost 的方式，通過(guò)把電壓升高以提升 PA 的功率。（如果把整個(gè)電路的功率提高，對(duì)濾波器、雙工器也有特別的要求，需要支持更高功率的High Power Filter。）還有就是利用Impedance Tuner(阻抗調(diào)諧)和Aperture Tuner(天線調(diào)諧)的方式，幫助提高天線的效率。



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