5G手机天线技术及工艺详谈！5G真的要来了

　　根据工信部、中国IMT-2020（5G）推进组的工作部署、三大运营商的5G商用计划，我国将于2017年展开5G网络第二阶段测试，并预计于当年年底完成。5G真的要来了。相比4G，那么手机中天线有什么不同？

　　

　　一、5G是什么？

　　通讯中的5G（概念），即第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术。5G（第五代移动通信技术）是目前正在推进的4G（第四代移动通信技术）之后的延伸。

　　5G与4G、3G、2G不同，5G并不是一个单一的无线接入技术，也不是几个全新的无线接入技术，而是多种新型无线接入技术和现有无线接入技术（4G后向演进技术）集成后的解决方案总称。从某种程度上讲，5G是一个真正意义上的融合网络，是传输速率可以达到10Gbps的移动通信技术。

　　5G最显著的特点是高速，按规划速率会高达10～50Gbps，人均月流量大约有36TB。4G的发展最高可以达到峰值1G的上网速率，而5G则可以最高达到10G。这意味着，在5G网络环境下，一部超高清画质的电影1秒内就可以下载完成。与4G网络相比，5G网络不仅传输速率更高，而且在传输中呈现出低时延、高可靠、低功耗的特点，低功耗能更好地支持物联网应用。

　　二、5G何时能商用？2020年！

　　华为在2013年11月宣布，将在未来的5年投入6亿美元用于5G研发，预计首个5G商用网络将于2020年面世。

　　三星对于5G网络商用的预期也是2020年。2013年2月，欧盟宣布，将拨款5000万欧元，加快5G移动技术的发展，计划到2020年推出成熟的标准。而日本运营商NTT DoCoMo 2013年10月表示，考虑在2020年东京奥运会前商用5G。

　　无线通信技术通常每10年更新一代，2000年3G开始成熟并商用，2010年4G开始成熟并商用，现在研究5G，2020年成熟应该是符合规律的预期。

　　三、5G重点和网络射频部分简介

　　1、基站和终端

　　5G网络是一个密集分布基站网络，基站分布密度比前几代移动系统都高。

　　其中，基站移动终端之间采用28Ghz的毫米波频段通讯。基站天线系统采用相控阵天线体制。波束在垂直和水平两个方向交叉极化，以实现更高的用户密度和增加系统用户容量。

　　

　　5G终端具备自选基站能力，可以根据基站误码率挑选误码率低的基站和信道通讯。

　　

　　实现以上这些功能，依赖阵列天线技术，基站和终端都用到了毫米波相控阵天线。终端中天线阵列为nXn点阵；

　　

　　2、回顾下终端中天线技术

　　手机中布满了天线，从GPS、蓝牙、wifi、2G、3G、4G等频段。频率越低，尺寸越大。毫米波，顾名思义，其波长尺度在10mm内了，照波长四分之一计算，约2.5mm的点阵，就是组成有规则间距的阵列。

　　

　　4G的天线一般布置在手机上下端部和侧面，采用了LDS（立体电路的一种制造工艺，激光在3D曲面塑胶上选择性沉积金属工艺）和FPC（柔性线路板）配合侧面金属边框来实现终端天线功能：

　　　　

　　

　　金属机身手机中，外露的中框一段金属与手机内FPC组成了天线：

　　

　　　　

　　2017年玻璃机身手机开始流行，这类手机拟用到的工艺和材质依然是FPC和LDS工艺，也有把天线制造在玻璃壳体和玻璃支架上的：

　　

　　0.1-0.2mm厚度3D的玻璃支架上制造边框触摸和天线

　　3、5G的手机天线特点及其工艺

　　（1）5G终端天线，对周边金属很敏感，

　　由于毫米波之波长很短，来自金属的干扰是非常厉害的，印刷线路板（即PCB板），需要其与有金属的物体之间需要保持1.5mm的净空。

　　

　　（2）5G天线是垂直与水平天线交互的点阵

　　这种垂直和水平交互的天线，对应垂直和水平两个极化方向的信号收发。

　　

　　

　　（3）5G天线对安装位置有特殊要求

　　由于5G终端天线是相控阵体系，其天线单元需要合成形成聚焦波束，因此需要规则的位置进行摆放，天线不能被金属遮挡，适合3D空间扫描，规则的空间。

　　

　　

　　5G终端，被人手和人体遮挡，其信号都会开始寻找最优误码率频段，形象的说，手机像一个长了眼睛的小宠物，一旦遮挡他，他即刻眼球四处转动寻找最优信道。我们把5G手机这一动作叫手机寻优，因此，设计终端时候，安装天线位置一开始就要合适，使其好寻优。目前手机终端中，最适合5G天线位置是两端，尤其是上端部（听筒位置附近），其他4G内天线都要给其让路，也就是说有优选位置权，其他天线移到他处。

　　

　　（4）5G天线是一个含芯片的模组

　　天线点阵，16个小的米粒大小的天线，不可能用16根屏蔽线引出信号到射频芯片了，需要就地解决与芯片连接难题。引出天线与点阵天线做成一体，一般一个芯片管理四个点阵。

　　

　　天线模组输出不是射频信号，可以用接插件引出端子到手机主板上。

　　（5）5G天线用什么材料制造？

　　这涉及到模组封装问题，

　　●柔性基材

　　前文中提到的4G天线制造材料中FPC工艺，涉及到PI膜（聚酰亚胺）是不能用于10G频率以上系统，因为，材料有一个叫损耗的指标，聚酰亚胺基材，在10Ghz以上损耗很厉害了。

　　微航推出一种基材厚度在6微米，增材制造技术沉积金属的工艺，去掉了基材与铜箔之间胶层，可用于毫米波段天线制造。

　　●刚性基材

　　塑胶、和线路板材质

　　既要3D封装，又要焊接电子元件，又要毫米波段电磁损耗低，这样材料不多，

　　刚性线路板都没有用于4G天线，也不会用于5G。若采用适合毫米波段的印制电路板材料，把天线和电路全制造的这种印制板上，如下图：

　　

　　价格是很贵的，且天线是平面构型，性能会大打折扣，若把天线部分拆出来用高频印制板制造，则失去了3D性能（手机四个角落弧形，天线需要共形设计）。

　　毫米波段，对手机天线位置很敏感，差之毫厘，失之千里（指手机入网指标）。

　　塑胶中毫米波段低损耗的材质是液晶聚合物（LCP）和PPS材质，但都需要再进一步改性成LDS基材。微航磁电公司未雨绸缪，推出这种天线模组制造全套制造流程。也可以采用改性PP材质支架+激光点焊芯片工艺，这是一种低成本材料体系，利益PP材质低损耗，用激光点焊回避了其不耐高温焊接缺陷。激光点焊（配合特殊焊接锡膏），是一种在低温基材上焊接电子元件技术。其实5G基站天线都可以采用此种工艺大幅度降低材料成本。4G的室内分布基站，目前都采用塑胶材质代替微波电路板，见下图：

　　

　　4G室内分布基站，运营商在使用中，微航代工制造天线组件

　　5G时代，基站更多，采用先进材料和制造工艺降低成本非常重要。

　　总之4G时代成长起来的LDS工艺还将大放异彩，只是换了材料而已。

　　（6）5G终端需要4G/3G天线吗？

　　需要， 至少5G终端开通初期， 因此手机中天线林立。