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5G終端天線設計剖析

發表時間：2022-01-10
談到”終端“，相信大家都不會感到陌生，我們的移動電話和日常工作中經常使用的電腦一樣，都叫終端。
 
終端是離用戶距離最近的節點，也是用戶與系統之間的接口。用戶訪問和接入網絡，必須依靠終端。
 
進入21世紀以來，隨著物聯網的誕生和發展，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（物聯網）
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，聯網之后，都變成了終端設備，統稱為物聯網終端。
 
物聯網終端
2019年6月，國家工信部正式發放了5G商用牌照，標志著邁入了“萬物互聯”的5G時代。

5G憑借大帶寬、低時延、廣覆蓋等特點，不僅將消費互聯網的用戶體驗推向了更高的水平，也極大地推動了百行千業的物聯網場景孵化和落地。

例如，5G結合4K/8K超高清視頻技術，甚至VR/AR技術，可以實現海量視頻數據的無線傳輸，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技術的工業機器人，控制消息的時延極低，可以完成高精度的操作，提升生產效率。

還有大家關注的無人駕駛和遠程駕駛場景，車聯網與5G相結合，借助5G低時延高可靠性網絡，可以更好地實現車路協同，提升安全系數。
 
5G無人機
5G強大的網絡通信能力，為行業應用場景的完美實現，奠定了堅實的基礎。然而，它也給終端產品設計帶來了巨大的挑戰。

尤其是終端產品的信號收發能力，如果無法滿足要求，那么即使網絡再好，也是“有網無端”，難以發揮5G的真正價值。

那么，影響物聯網終端信號收發能力的最關鍵部件，究竟是什么呢？

相信大家都已經猜到了，沒錯，就是天線。
 
 5G終端天線設計的重難點

天線，英文名叫做antenna，是所有通信設備最重要的部件之一。它的好壞，直接關系到終端的通信能力以及工作效率。

一直以來，天線都是終端的設計重點和難點。5G的到來，更是將天線的設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，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性能支持極強的數據吞吐能力。為了實現高速率，5G引入了Massive MIMO（大規模天線）技術，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計，盡可能小型化。

終端天線一般分為外置天線和內置天線。外置天線我們見得比較多，體積較大，獨立于設備之外。而內置天線體積小巧，集成在物聯網設備內部。
 
 
現在的物聯網終端，一般都要求體積小巧，且內置天線更加美觀，更具市場競爭力，所以，越來越多的終端廠商選擇內置天線方案。

在本已狹小的設備內部空間，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。如果布局設計不合理，可能導致和其它器件之間的互相干擾，出現電磁兼容性（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，加上多制式網絡的支持，要求天線必須具備很好的調諧能力，這也大幅增加了天線的設計難度。

在設計天線布局時，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。

第三個設計難點，在于功耗控制。

功耗是物聯網終端的命門。如果天線設計未經優化，會加劇電池的消耗速度。

5G作為高性能終端，功耗設計壓力本來就大。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，終端天線設計需要考慮的因素還有很多，例如新工藝新材料的應用，產品耐用性、可靠性、易安裝性的增強，等等。 
 
好了，以上就是有關于5G終端天線設計的剖析，希望對大家有所幫助。