5G带给手机天线设计的挑战（下）

发布时间：2019-07-30 10:40:29

来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)

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日前，我们做了一个题为《5G带给手机天线设计的挑战（上）》的分享。在文章里，Qorvo的产品行销经理Steve Hsieh为我们讲述了5G带给手机天线设计的潜在挑战。今天，我们来详细介绍一下，Qorvo是如何帮助解决这个问题的。按照Steve Hsieh的说法，天线合并将会在整个过程中扮演重要角色。

Qorvo产品行销经理Steve Hsieh

首先我们看一下4G时代的天线设计；据Steve Hsieh介绍，要做天线合并，就必然会造成天线性能的损耗。因此他们根据重要的程度的不同，首先决定——主天线的Tx不与任何天线合并，因为他们希望这根天线的性能保持在最好的状态，这也是为什么Qorvo建议把主天线放在Priority 0的原因。“我们同时认为UHB Tx也需要很高的性能，为此在开发的时候我们建议将其独立出来，也不要做任何的天线合并，这是Qorvo给大家的建议，Steve Hsieh强调。

图1

在Steve Hsieh看来，包括GPS L1、WIFI主天线、主天线的Rx和UHB Rx都是可以做天线合并的，这就是Priority 1。至于GPS L5等天线（如上图Priority 3）里面的天线，就相对没那么重要，可以根据需要做相关判断。

“在你心目中做了相关的天线排序之后，你就可以按照你方案的性能要求做相关的设计”，Steve Hsieh说。从他的介绍我们得知，现在市场上最普遍的做法是首先将“GPS L1和2.4G/5G天线做到一起”，这也是当前几乎所有手机天线的流行做法。“而GPS L5、LTE MIMO与UHB MIMO也许能做到一起，但这与设备所处的频段有关”，Steve Hsieh指出。“甚至有些人会把WIFI、LTE MIMO和UHB MIMO做在一起，这主要与WIFI所处的波段有关”，Steve Hsieh强调。

图2

从上图我们可以看出，经过了这样的合并，我们可以把原本需要12根天线的设计，用8根天线来实现，这就节省了内部空间，增加了设计的灵活性，同时还节省了成本。我们还可以用其他的天线合并方式，例如把GPS L1和LTE MIMO天线做在一起，这就可以获得同样的结果，三星就是这样做的。

图3

Steve Hsieh表示，上图是传统的4G天线设计配置，可以看到右边是5G所增加的天线频段，要如何整合到传统4G手机中是一个很大的挑战。

Steve Hsieh也强调，虽然天线可以做合并，但这无疑会带来天线的性能损耗的，为了让设备在5G时代保持应用的性能提升，他建议在天线合并的时候要多加考虑。

由上所述我们得知，4G设备最少需要六支天线的，但如果进入到5G NR时代，如图3所示，如果没有做任何的天线合并，那就至少另外再需13支共19支天线。这样的数量是惊人的。

为了给大家说明我们在5G时代的天线合并设想，Steve Hsieh以国内规划的n78、n79和n41波段为例，讲述了5G天线的合并方式。按照上面的说法，我们会保持LB/MB/HB独立，n78和n79的发射端我们也不会被合并。

在前面，我们提到，有人把GPS L1与2.4G/5G WIFI的天线合并，但现在有一种趋势是再把L5合并到一起，那就是“GPS L1+GPS L5+2.4G/5G WIFI”，那就意味着会再少一根天线。另外，我们还可以把n78和MB/HB的天线做到一起，如图4右下角所示。或者，我们如图4右上角所示，把n78、n79和MB/HB做到一起，这样好像也是可行的。再加上前面提到的GPS L1+GPS L5+2.4G/5G WIFI做到一起，还有上图的各种安排，可以看到最后得出了一个总共只有9根天线的设计。

Steve Hsieh指出，虽然上面的设计从原理上看是说得通的。但如上图所示，这将给天线的独立性、PCB空间和天线效率和带宽带来挑战。这就需要Antenna-plexer、Aperture Tuner和Impedance Tuner来协助解决。

图5

“这里可以看到手机上方有三支包含了HB频率的天线，这样就会有HB天线隔离度的潜在问题，天线隔离度不好的话天线效率就会变差，该如何用Antenna-plexer来解决这个问题呢？因为我的MB/HB已经cover了2.4G，我们何不把L1+ L5+2.4G+5G ”中的2.4G移到右边，如图5所示。这个时候就解决了天线的独立、效率和合并问题，是个不错的解决方式。从图6某个手机厂商的设计，我们可以看到改善天线隔离度以后天线效率也随之改善。

图6

Steve Hsieh继续以另一个例子来说明天线合并的好处。

如图7所示，这也是一个9天线的设计，我们把其中的transceiver放在了右下角，而把n78/n79放在了左边。假设MB+HB天线在左上角，我们就会跨板走一个cable过来。同时假設n78+n79也是需要走cable，这时候我们就需要两根cable，而cable跟弹片都是非常占空间的。

图7

如果在这种情形下，我们做天线合并会得到什么样的效果。

如图8所示，我们如果把2.4G和n78/n79都合并到MB+HB那里，我们就少用了一根cable，同时还带来了成本和空间的节省（如图8的右边所示），这就是我们一直推崇天线合并的原因。

图8

在天线合并的过程中，Antenna-Plexer发挥着重要的作用。当中包括了增加天线效率、更少的天线tuning与更少的成本和空间等优势，具体可以看图9。

图9

另外，Antenna-tuner也会在天线传输信号、保证天线效率过程中扮演重要的角色。Qorvo的工作就是让tuner 的损耗越小越好，让你们能够方便使用。

希望这些建议能够给大家带来帮助。

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