你知道5G終端天線設(shè)計(jì)究竟有多難嗎？

說到“終端”，相信大家一定不會(huì)覺得陌生。

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(lái)，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(wàn)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(wú)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(guó)家工信部正式發(fā)放了5G商用牌照，標(biāo)志著邁入了“萬(wàn)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(chǎng)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(wú)線傳輸，擺脫有線傳輸帶來(lái)的空間束縛。

再例如，5G智能制造場(chǎng)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(wú)人駕駛和遠(yuǎn)程駕駛場(chǎng)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強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，為行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)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(lái)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(wú)法滿足要求，那么即使網(wǎng)絡(luò)再好，也是“有網(wǎng)無(wú)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(lái)，天線都是終端的設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)。5G的到來(lái)，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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，所以，越來(lái)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(chǎng)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(lái)就大。如果天線額外增加了對(duì)電池的消耗，無(wú)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(lái)的成本增長(zhǎng)，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(lái)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(wú)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(cè)試能力，只能束手無(wú)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(guó)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)通信認(rèn)為，終端廠商選擇多個(gè)供應(yīng)商，采購(gòu)組件，然后集成到一臺(tái)設(shè)備中的傳統(tǒng)方式，已經(jīng)無(wú)法滿足5G終端的天線設(shè)計(jì)需求。無(wú)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(shì)。

無(wú)線模組、天線分開設(shè)計(jì)和采購(gòu)，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(wú)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(lái)說，整合設(shè)計(jì)也有明顯優(yōu)勢(shì)。

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(chǎng)。

移遠(yuǎn)通信的“無(wú)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(lái)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(cè)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(cè)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(cè)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。

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(chǎng)全方位“護(hù)航”。

移遠(yuǎn)還可以綜合評(píng)估運(yùn)營(yíng)商要求，進(jìn)行預(yù)認(rèn)證測(cè)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(chǎng)先機(jī)。

▉ 結(jié)語(yǔ)

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(lái)，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(lái)已來(lái)，讓我們拭目以待！

編輯：jq