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2017-11-21 高靖宇 飛象網 飛象網
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導讀
隨著4G日漸成熟，5G離我們越來越近，預計 2020 年可望進入正式商用，而5G 時代也將迎來低時延、高網速的使用體驗。然而對於手機廠商來說，5G 的天線設計將更為複雜，尤其是在毫米波頻段，對於現今強調輕薄的智能型手機來說會是很大的挑戰。
最近，飛象網記者對vivo首席天線專家黃奐衢博士進行了專訪，從手機天線技術演進、手機毫米波天線陣列設計，5G手機變化等多角度揭開vivo 5G的神秘面紗。
從4G到5G 天線技術將是質的跳躍
2G到4G，伴隨著無線通信技術的迅猛發展，移動電話也經歷了從之前的大哥大到小靈通再到如今的智慧型手機的改變，外形越來越小巧，造型也越來越多變，最明顯的就是之前長長的電線「消失」了。
黃奐衢博士表示，在1G到3G世代的手機天線設計，基本可由天線設計師獨力完成，但到了4G LTE時代，由於頻帶的增多與頻率下探，在受限的天線有效空間下，往往需借助電調諧器件，以達更有效率的輻射，而此時軟件便對手機天線設計有所涉入與貢獻，但此時軟件工作仍屬於支持天線設計師的輔助角色，然而 到了5G毫米波的天線陣列設計，軟件的角色已經不再只是按照天線設計師的要求進行協助，而是轉變為可以直接影響波束賦形陣列性能良莠的關鍵角色。
黃奐衢博士認為， 1G到3G，天線設計師對手機天線設計是主宰的角色，而到4G是主導的角色，到了5G毫米波，則轉變為與軟件工程師協作的角色，而這也是由另一視角與觀點再次說明5G手機毫米波天線陣列設計本質上的轉變。
黃奐衢博士提到的毫米波，是目前正在研究當中的5G技術最值得期待的，它通過使用高頻率信號在毫米波的頻帶中分配到更多的帶寬，用以提供速度更快、質量更高的視頻和多媒體內容。
此外，黃奐衢博士表示，雖毫米波波束賦性天線陣列有不同的設計架構與方向，但現今手機毫米波天線陣列較為主流與合適的可能方向一般是基於相控陣（phased antenna array）的方式，而相控陣毫米波天線陣列做到的方式主要可分為三種，即： AoB （Antenna on Board，即天線陣列位於系統主板上)、AiP （Antenna in Package，即天線陣列位於晶片的封裝內)，與AiM （Antenna in Module，即天線陣列與RFIC形成一模組) ，雖此三者各有優勢之處，但目前 更多的是以AiM的方式做到 ，例如vivo將AiM的毫米波天線陣列模組，整合入vivo Xplay 6手機內，在整機系統上進行設計、優化、驗證、量測，與用戶體驗，來體現整機而非模組單體的毫米波無線性能。
黃奐衢博士表示，毫米波陣列不是新的概念，但對手機天線設計是新的概念， vivo通過將AiM的毫米波天線陣列模組，整合入vivo Xplay 6手機內，在整機系統上進行設計、優化、驗證、量測，與用戶體驗，來體現整機而非模組單體的毫米波無線性能。
手機外觀設計與天線設計的平衡
回顧過往手機材料的發展史，塑膠、金屬、玻璃、陶瓷都做過後蓋。塑膠是手機外殼的開山鼻祖，雖然性價比高，但因為品質低檔而淡出消費者視野；2012年蘋果首推鋁鎂合金後蓋手機之後，金屬機殼成為手機行業追趕的潮流。
金屬手機殼外觀靚麗、手感和散熱好、抗摔，但容易出現信號屏蔽的問題，iPhone4出現的「死亡之握」，就是因為天線設計的缺陷對信號造成明顯的信號衰減，這也是第一次讓人們開始注意到手機天線設計的重要性。
在黃奐衢博士看來， 手機外觀設計與天線設計是天然的矛盾體 ，「當你希望產品有足夠吸引力，外觀有突破的時候，天線和結構就成為最大瓶頸，可不可以配合這樣的外觀做出合格的天線設計，如果做不出來外觀就要犧牲。所以為什麼外觀演進從塑膠到玻璃，到金屬，金屬占比越來越高，天線能不能扛住這樣的設計和市場要求，如果不行，就要回退到以前的設計，所以天線是外觀設計的最大阻力。
對於5G手機的天線設計，另外一個難點就是空間布局。 黃奐衢博士表示，未來的5G手機里面一樣會有4G天線，4G是輔助5G的，另外還有5G低頻、毫米波、GPS、藍牙、wifi，甚至可能還有無線充電，這麼多天線，但空間是有限的，而無線的功能是一直增長的，對於手機設計來說，不可能因為增多一個無線功能就隨意改變手機的長度或者寬度，這樣的話就天線的布局盡量靠近，同時又不互相干擾，這也是未來5G手機天線設計的一個難點。
vivo積極布局5G
據CCS insight預測，到2021年，5G智慧型手機的出貨量將達到1億部。Strategy Analytics 也預測5G商用手機銷售會始於2020年，並在2025年出貨量超過3億部。巨大的換機市場勢必會帶來手機行業更加激烈的競爭，而這也將成為一場綜合實力的較量。
目前處於國產手機第一陣營的華為、vivo、OPPO、小米等廠商都在積極參與5G相關技術標準的制定。其中， vivo率先提出「5G智慧手機」的理念，通過5G網路，擁有人工智能的手機將與網路中的各級智慧運算中心協同計算互相協作，讓手機成為更加智能化、人性化的終端。
而作為5G手機最為重要的天線技術，vivo在研發上也投入了相當多資源，黃奐衢博士表示，其個人帶領vivo團隊走訪過以色列高通（Qualcomm）、日本村田（Murata），與台灣啟碁（WNC）等目前全球毫米波晶片與天線陣列領先的企業，並進行深入的交流與合作。
除了5G天線領域外，vivo近年在研發方面的投入也動作頻繁。16年開始，vivo研發啟動全球布局，分別在中國北京、深圳、南京、杭州、東莞，以及美國矽谷和聖地亞哥等7座城市設立研發中心，重點布局5G、人工智能和拍照三個領域。