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终端天线:宽带化与小型化如何兼顾
发布日期:2017-04-05 21:53:07

LTE/LTE-Advanced技术的出现,对移动终端天线的设计提出了新的挑战。LDS天线技术的出现与发展,符合未来智能移动终端的发展趋势,也将成为保证LTE终端性能的关键。

2013年底工信部向中国移动、中国联通和中国电信发放TD-LTE牌照,开启了中国LTE商用的新纪元,同时也宣告了中国移动通信4G时代的来临。在此趋势的推动下,相关移动终端的需求量迅速增长,从而带动移动终端天线产业快速发展。

商用的LTE移动终端,必须满足多模多频、智能化、小型化等需求,而作为智能移动终端的关键技术——移动终端天线的技术也面临着更高的要求

移动终端的关键部件

移动终端天线是指安装在移动终端设备上的天线,用于完成空中信号的接收和发送,是手机、笔记本电脑及上网本、无线POS机等无线终端必不可少的关键部件,是通信天线的重要门类。

通信天线根据性质和用途,可以细分为基站天线、室内分布天线及接入点天线和移动终端天线。

其中,基站天线是指载有各种信息的电磁波能量转换器,作为空间电磁波信号与移动基站收发信机间的接口,基站天线是无线通信系统的重要组成部分;室内分布和接入点天线分别安装在室内分布覆盖系统和无线接入点,完成无线信号的收发功能,运营商大量使用室内分布系统以解决移动用户密集区域覆盖、楼宇室内信号覆盖的问题,其性能的好坏直接关系到运营商的客户体验及收益,无线接入点的作用是提供无线和有线网络之间的桥接,是移动用户进入有线网的接入点。

应用领域不断扩大

移动终端天线行业是通信天线行业的重要细分行业。移动终端天线起初主要应用于一些专业领域,如车载电话、无线寻呼调度系统等。20世纪90年代至今,随着移动通信产业在全球市场的飞速发展,移动终端天线作为配套行业也得到迅猛发展。

随着移动终端行业的发展以及移动通信技术应用的扩展,移动终端天线逐渐扩展到笔记本电脑、上网本、移动电视等领域,其下游应用领域还在继续扩大。

最初,移动终端产品的天线普遍采用简单的四分之一波长单极天线,置于移动终端机壳外顶部,整机的电路板及其它金属构件包含在天线系统中,被看成辐射器的一部分,这类天线带宽较窄,置于机壳外影响美观,易折断。随着天线技术研发的深入,内置式天线逐渐普及,宽频段、高效率、低SAR值等新的技术要求不断提出。

随着移动终端产品的普及,其天线辐射对人体安全的影响问题日益受到重视。

为提高天线效率、增加带宽、降低对人体的辐射,移动终端天线在设计时必须充分考虑天线类型、馈电方式以及天线在设备中的放置方式。近年来,随着人们对产品外形美观和成本等因素的日益重视,以及制造工艺的不断改进,移动终端天线也从此前的外置天线为主转向内置天线为主。

4G提出新要求

以LTE(长期演进技术)及LTE-Advanced为代表的4G技术以速度更快、频谱更宽、更加智能、可实现高质量的多媒体通信等优势,成为全球各大电信运营商、系统设备商及终端厂商抢占的制高点。据全球移动设备供应商协会(GSA)发布的数据,到2014年底全球共有611家电信运营商在174个国家和地区投资建设了360张商用LTE网络,拥有LTE商用网络的国家和地区在2014年全年增加了27个。在此趋势的引领下,各大移动终端厂商也纷纷推出4G无线通信终端。苹果、HTC、摩托罗拉、三星等厂商都发布了数款支持4G标准的智能手机,未来将有更多产品面市。根据工信部网站公布的数据,2014年,全国智能手机出货量达到3.89亿部,其中4G手机出货量达到1.71亿部。

商用的LTE移动终端必须满足多模多频的需求,其天线必须兼顾宽带化、小型化的要求。LTE移动终端一般要求内置天线,至少需要两个以上的接收天线、多通道RF接收信号处理能力,可支持LTE、GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA等多种制式,并实现多种模式之间/语音和数据业务之间的切换。同时,LTE终端产品频率覆盖范围更宽(从700MHz到2.7GHz)。

这就对移动终端天线设计带来新的难题:

一方面市场要求小巧精致的ID设计、高质量的用户体验;

另一方面频率较低的700MHz频段需要较大的天线尺寸。这两方面的矛盾使终端天线设计和测试成为LTE移动终端的一个关键技术难点。

针对这一问题,目前比较成熟的解决方案是发展LDS天线技术。普通的手机天线都安装在手机主板上,而LDS天线技术是激光直接成型技术(Laser-Direct-structuring),它通过计算机按照导电图形的轨迹控制激光的运动,将激光投照到模塑成型的三维塑料器件上,在几秒钟的时间内活化出电路图案。

简单地说,对于手机天线设计与生产,在成型的塑料支架上,利用激光镭射技术直接化镀形成金属天线pattern。这一种技术可以直接将天线镭射在手机外壳上。

相比普通手机天线,LDS天线技术的优势在于:

第一,生产的天线性能稳定,一致性好,精度高,激光系统耐用、易于维护,适合7×24小时不间断生产,故障率低,能够充分利用支架立体结构形成天线pattern;

第二,制造流程短,环保,无需电路图形模具,对于天线RF来说,只要给出三维CAD图就可以,省去了和ME反复沟通及模具重复调整的过程;

第三,将天线镭射在手机外壳上,避免了手机内部元器件的干扰,保证了手机的信号;第四,提高了手机的空间利用率,让智能手机的机身达到一定程度的纤薄。

面对轻薄化和多制式的智能手机发展趋势,传统天线遇到了瓶颈,LDS高效量产速度和薄化设计的优势则愈加明显,LDS在中高端机型中已经广泛使用,未来将向各类移动终端快速渗透直至普及。