你知道5G終端天線設(shè)計究竟有多難嗎？

說到“終端”，相信大家一定不會覺得陌生。

我們每天形影不離的手機，還有上班時經(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，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。

對于終端廠商來說，要在研發(fā)和設(shè)計5G終端天線時面對這么多的挑戰(zhàn)，實在是力不從心。

有些廠商，因為忽視對天線的前期設(shè)計，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)計需求，最終不得不花更多的經(jīng)費、時間和精力，對天線進行重新設(shè)計。

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)計和測試能力，只能束手無策。

▉ 5G終端天線設(shè)計的解決方案

面對5G終端天線設(shè)計的諸多挑戰(zhàn)，國內(nèi)模組行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)——上海移遠通信，提出了自己的見解和應(yīng)對方案。

對于移遠通信，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，移遠通信在天線設(shè)計領(lǐng)域擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗積累。

目前，移遠通信已成功推出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。

移遠通信認為，終端廠商選擇多個供應(yīng)商，采購組件，然后集成到一臺設(shè)備中的傳統(tǒng)方式，已經(jīng)無法滿足5G終端的天線設(shè)計需求。無線模組和天線由一家能同時提供應(yīng)用方案的供應(yīng)商進行整合設(shè)計，將是5G時代終端天線設(shè)計的主流趨勢。

無線模組、天線分開設(shè)計和采購，就好像是一輛汽車升級時只換發(fā)動機，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)計的方式，是站在更高的視角，進行全局考慮。無線模組和天線之間能達到更好的協(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)計的前提下，表現(xiàn)肯定優(yōu)于分開設(shè)計。

除了達成5G的指標要求之外，整合設(shè)計也有利于減小5G終端的整體尺寸，減少對空間的占用。對于系統(tǒng)功耗和散熱控制來說，整合設(shè)計也有明顯優(yōu)勢。

系統(tǒng)級整合方案還有一個顯著的優(yōu)點，就是降低5G終端的設(shè)計難度，方便廠商們以更快的速度推出產(chǎn)品，搶占市場。

移遠通信的“無線模組+天線”整合設(shè)計方案，既充分利用了自身在模組領(lǐng)域領(lǐng)先的技術(shù)實力和經(jīng)驗，又發(fā)揮了全定制天線設(shè)計、集成和制造能力，可以說是如虎添翼，讓5G客戶實現(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。

移遠通信擁有專業(yè)的天線團隊，天線服務(wù)貫穿咨詢與評估、設(shè)計、測試和認證、生產(chǎn)制造等各個環(huán)節(jié)，可以提供一站式服務(wù)。

除了設(shè)計能力賦能之外，移遠通信天線服務(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。

為了保證天線產(chǎn)品的質(zhì)量，移遠通信具備完善且嚴格的質(zhì)量流程，可以提供完善的測試系統(tǒng)和設(shè)備。移遠還可以提供射頻設(shè)計審查和整機EMC/Desense排查測試，幫助客戶解決最常見的難點、痛點，大幅減少開發(fā)工作量。

延伸服務(wù)能力方面，移遠通信的服務(wù)網(wǎng)點遍布全球各地，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“護航”。

移遠還可以綜合評估運營商要求，進行預(yù)認證測試、OTA優(yōu)化，為客戶節(jié)約各項成本，加速終端上市，搶占5G市場先機。

▉ 結(jié)語

隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的提速，我們整個社會正在加速走向數(shù)字化、智能化。

以5G終端為代表的海量物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點，正在遍布地球的每一個角落，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)計服務(wù)加持下，還會有更多優(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！

編輯：jq