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手机天线:全面屏时代净空区缩小 推动设计难度提升

参考中国报告网发布《2017-2022年中国手机行业市场发展现状及十三五投资规划研究报告

        手机天线是全向,需要净空区

        天线是接收和发送信号(电磁波)的设备,是无线通信最关键的零件。尽管天线的物理构成较为简单,但是其设计和构造复杂,涉及到手机内部环境的方方面面,需要考虑很多因素。

        手机天线是全向天线。

        天线的方向性是指天线辐射的信号在特定方向上的强度。手机天线是全向天线,也就是说在天线横截面360°各方向的信号辐射强度相同,以实现最佳通信效果。要实现全向通信,手机内的天线周围需要足够开阔的空间,不能有屏蔽或干扰。

全向天线的辐射示意图
 
资料来源:互联网

        电磁波会被金属屏蔽,导电的金属能对电磁波产生反射、吸收、和抵消等作用,因此在设计天线时,应远离金属零部件,并避免接触其他降噪元件。

        同时,电磁波容易受到干扰。电磁波干扰传输主要可以分为两种形式:传导传输式和辐射传输式。

        传导传输式,即干扰源与天线之间有完整的电路连接,干扰信号通过这个连接电路传递到天线。这个传输电路可包括导线、电源、电阻、电感、电容等一系列元件。

        辐射传输式,即干扰能量以电磁场的形式向空间发射,干扰形式主要包括三种:来自其他天线发射的信号(天线对天线耦合)、靠近电流的空间电磁场(场对线的耦合)、两股平行电流之间的感应(线对线的耦合)。

电磁波会被金属屏蔽
 
资料来源:互联网

        因此,手机天线设计时,不仅应远离金属元件,而且还应隔离电池、振荡器、屏蔽罩、摄像头等不相干的零部件,给天线留出一段干净的空间(简称净空,clearance),保证天线的全向通信效果。

        在手机天线设计中,天线的净空是关键的考虑因素之一。通常而言,天线的环境设计要求总结如下:
        金属类壳体、装饰、导电喷涂等应距离天线20mm以上,因为手机内置天线对其附近的介质比较敏感;
        电池(含电连接座)与天线的距离应在5mm以上;
        当采用天线RF双馈点是,RF与地焊盘的中心距应在4~5mm之间。

PIFA天线与单极天线两种手机天线方案的应用条件和部分性能比较
 
资料来源:中国报告网整理

        全面屏手机净空区域减小,天线设计难度提升

        天线设计需要一定的净空区域,但18:9全面屏手机令净空区域大幅缩小。传统16:9手机LCM背光模组到整机底端一般会有9mm左右的主净空,但是三星S8的LCM背光到整机底端只有不到5mm的主净空,对天线设计的影响较大。

        当前对于天线的解决方案分别有屏背后金属切除,LDS天线技术和整合天线与其他零件三种。对于全面屏下的天线的解决方案有两种思路,一种思路是扩大手机内部的净空区域,对应的解决方案为屏背后金属切除。

        第二种思路是减小天线所需的净空区域,对应的解决方案有LDS天线技术、整合天线与其他零件。

全面屏手机净空区域减少
 
资料来源:互联网

        屏背后金属切除:增加手机内部净空区域

        可以掏空角落部分的背板金属,以保证足够的净空。手机屏幕的最后一般会有一块金属背板,起到保护屏幕、散热等作用。天线一般安装在主板上,但由于金属背板的存在,其位置一般不能放置于屏幕后面。在全面屏时代下,可以将上下边框角落的金属背板挖掉,留出足够的空间供天线使用。不过,这种方式会导致屏幕的强度变低、并增加加工成本。

iPhone5s的金属屏幕背板
 
资料来源:互联网

切除天线所在部分金属背板
 
资料来源:互联网
资料来源:中国报告网整理,转载请注明出处(GQ)

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