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[分享] 随着5G的到来手机天线设计需要注意哪些?

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发表于 2021-2-28 23:44:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
典型的4G手机已经包含4到8个天线,而5G手机将需要更多天线。


5G手机中的天线可用空间实际上正在缩小,因为制造商给手机增加了其他新功能,如附加摄像头、人脸识别和运动感测功能。

天线效率(最大程度减少损耗的能力)与天线尺寸以及传输频率成反比,天线效率问题也受到了影响。随着天线数量的增加以及天线可用空间的缩小,维持满足手机性能要求所需的天线效率和隔离变得更加困难。


这里看一下利用天线复用器应对 5G 天线设计挑战 (上)和利用天线复用器应对 5G 天线设计挑战 (下)里给出的介绍。


1.png


射频复杂性的不断增长会引起天线设计问题


随着新5G频段和要求(如4x4多路输入/多路输出(MIMO)、EUTRA双连接性(EN Dc)/双UL、mmWave)的加入和新兴标准(如UWB)的出现,5G手机的射频复杂性急剧增加。同时,5G手机还必须继续支持4G手机所有现有的和重新分配的低、中、高频段频率以及其他要求,如GPS Level 5(L5)、GPS/GNSS、2.4 GHz和5至7 GHz Wi-Fi(Wi-Fi 6E)。


新5G频段


为实现明显更高的数据速率,5G采用新的高频、宽带蜂窝频谱。这个频谱分配在频谱的两个主要区域,均在传统蜂窝通信使用的频率范围之上。


频率范围1(FR1)


这些新的超高频段(UHB)(n77、n78、n79)采用3.3 GHz至5 GHz之间的频谱。


频率范围2(FR2)
这是第一次在商业蜂窝通信中使用mmWave频谱。RF2包含24 GHz(n257、n258、n260、n261)以上的多个频段。由于FR2频率下的信号传播具有挑战性,所以5G手机采用3到4个小型天线组成的较大阵列来提高信号强度和波束形成。


4x4 MIMO


为提高数据速率,大多数5G频段需要使用4x4 MIMO。此外,在可能的情况下,4x4 MIMO也可用于现有LTE频段。


这需要四个支持蜂窝通信的天线,比传统4G手机架构中使用的多两个,这些天线使用两个独立的蜂窝射频路径,一个为主路径,另一个为分路径。


Wi-Fi 6E和NR-U


借助Wi-Fi 6E,供Wi-Fi使用的未许可频谱不仅可以扩展至更复杂的调制应用,而且还可以达到7 GHz的上限,远远高于之前的5850 MHz上限。该频谱也可供未许可频谱(NR-U)内的5G使用。额外的1.2 GHz频谱增加了可用带宽和需要较高数据速率的用例数量。然而,为确保在其他频段运行的手机可同时使用该频谱,仍需要采用具有滤波功能且更高效的高频天线设计。


UWB


UWB是一种相对较新的技术,定位和距离感测性能出色,精确度在几厘米内。如今,这项技术被用于许多行业的不同应用,包括接近感测应用和汽车应用(如无钥匙进入和启动)。


顾名思义,UWB通过宽带宽(500 MHz或更大)传输数据。最初的手机设计采用大约6.2 GHz至8.3 GHz之间的频率。UWB本身需要3到4个天线阵列,这将占据手机内部大量可用的关键空间。


在5G智能手机中使用声波天线复用器


根据每种设备的具体要求和挑战,可将声波天线复用器应用于许多不同的场景。每个天线都能够在多个谐振频率下高效运行,彼此之间为谐波关系:高频率是最低频率的倍数。使用天线复用器的最有效方法就是,将射频标准和使用这些谐振频率的频段组合在一起,从而有效地共用一个天线。
通常,基于声波滤波器的天线复用器具有最佳性能,因为它们集成了低插入损耗、多频段共存的地址OOB抑制功能,且共用天线的RF频率之间具有高隔离度。它们还支持适用于5G、Wi-Fi和UWB的超高频率。


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图5(续上)使用天线复用器的架构展示


随着5G的到来手机天线设计还需要注意哪些问题呢?一起来讨论一下吧。

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