您好、欢迎来到现金彩票网!
当前位置:516棋牌游戏 > 波瓣间 >

一文看懂 5G、天线、后盖的关系

发布时间:2019-08-07 13:45 来源:未知 编辑:admin

  5G是第五代(5th Generation )移动通信的简称,不是5G流量的5G,也不是说频率5GHz的5G。

  相比于4G,5G的各项参数都有质的飞跃,简单点说就是又好(移动时或者人多时信号照样好)又快(速度快没延迟)又省(省电)。

  新增4.4G-4.5GMHz频段,但不能对其他相关无线电业务造成有害干扰。

  我国主要在24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高频频段正在征集意见,国际上主要使用28GHz进行试验。

  其实平时听说的红外、紫外、激光,还包括太阳光等等带光字的,不管人眼能不能看见的都是电磁波。

  电磁波主要有3个参数:振幅、频率和波长。振幅主要表征的是电磁波的强度大小,先不多说了。

  用电磁波进行无线通信的地方有很多的,比如军用雷达、电视、广播、手机、wifi等等都是采用电磁波传输数据,只不过频率不同。频率相同的话,就会出现干扰,所以频率是一个稀缺性资源,被占用了就没有了。

  一般来说,不同用途的电磁波频率是有一个范围的,比如3MHz-30MHz,这个范围叫做频段(也叫做频谱资源),

  而这个频段的上下限之差就是所说的带宽,比如3MHz-30MHz,这个带宽就是27M。

  在特定的一个用途中,比如电视机的使用的电磁波是处于在一个频段里面的,这个频段继续划分成更小的频段,则对应单个频道比如CCTV1。

  手机同样如此,移动电信联通都有各自的频段的,移动2G3G4G也是对应不同的频段。

  最简单直接的回答是:因为低频率的频段基本都被占用完了,只能往高频的划分了。

  可以把带宽比作路宽,路越宽可以分的车道(信道)就越多,网络速度比作总的车流量,所以车道越多总的车流量越大。

  比如激光笔(波长635nm左右),射出的光是直线,挡住了就过不去了,也就无法进行信号传输了。

  绕射能力差,单个基站信号覆盖的范围就越小,所以为确保信号覆盖,基站的数量就要增加。

  逻辑2:频率高→波长短→绕射能力差→基站覆盖范围小→基站数量增加→成本提高

  当然,5G的速度和成本也不单单是频率影响的,可以利用新型多址、波束成形、MIMO、载波聚合等众多技术提高频谱的效率,有望在提升速度的同时有效控制好成本。

  因此,毫米波只是在5G高频频段才会出现,而在5G低频频段,波长在6-10cm左右,和现今的4G频率下的波长11-16cm差异不大,仍属于厘米级别。

  因为电磁波的接收和发送是要通过天线来进行的,而根据远距离通信(距离远大于波长)天线设计的原理,天线波长,可以使效率最大化。

  根据:频率→波长→天线长度的推导关系,可以发现目前的通信主天线、WIFI、蓝牙天线的长度基本都在几个cm左右,包括5G低频阶段,天线cm。

  传统天线工作距离远大于工作波长,工作于远场区,比如手机天线,需要接收几百米直到十几公里外的基站信号。

  而手机NFC有一个标准的频率为13.56MHz、无线MHz,这两种功能也需要天线(线圈),但这种两种天线工作于近场耦合区(工作距离远小于工作波长),原理是基于电场耦合,电磁感应或者磁共振。因此天线长度和波长关系不大,而是线圈的面积和匝数影响较大。

  NFC2.4GHz天线和普通的蓝牙wifi天线MHz大得多,因此安全上会存在些问题。

  手机中天线算的是两点间的导线周长(无相交点),而不是两个端点直接的直线距离。

  对于通信(主)天线G的发展,频率越高,波长越短,天线也越来越短,设计从以前大哥大的外置式,到目前主流的内置式或者用金属中框当做天线。

  三星s9除了NFC无线充电都是用的LDS方案的。NFC使用的是FPC方案。

  无线充电使用的是FPC+扁平线圈组成的,关于无线充电的方案又分为FPC、扁平线圈、密绕线圈,就不展开详细说了。

  iphone6看似一体的的金属后壳,使用塑料填充,其实是被切分成A/BCD/E三段,A、E分别为上部分天线和下半部分天线,中间BCD部分是相互导通的,充当天线接地部分。

  iPhone6上半部分有通信副天线、双频WLAN、蓝牙、GPS、NFC等功能。

  有还是有的,虽然对长度影响不大,但是为了达到更高的速度,5G会多用几根天线,就是MIMO技术,比如三星的4x4MIMO其实就是指发射端4根天线根天线G低频下主要是天线数量的增加,而多个天线之间的位置形状需要好好设计,这样才能达到更好的效率。

  5G高频呢,这时天线大小降低到几个毫米了,电磁波的频率非常高,在空气中传播衰减较快,为了减少衰减,目前主流的方案是计划采用4x4或者8x8的阵列天线。

  此外,为降低衰减还需要减少走线长度,最好的解决方案是天线和芯片紧靠在一起,每个天线配一个小芯片,甚至不排除未来天线会集成到芯片内部的可能性。

  第一个很好理解,和5G低频一样,阵列的话数量增加了,就是MIMO技术。

  第二个好处是可以做波束成形,这个不好理解,打个比方,就是之前的信号相当于电灯泡,是发散光到整个空间的,而波束成形就是把电灯泡变成手电筒,这样所有的光线就会朝一个方向了。

  如果电线放在金属板后面,电磁波从一面辐射而来,大部分能量被反射,小部分能量进入金属,该电磁波会随进入金属的深度成e指数衰减(能量转化为表面电流)。对于同一频率电磁波,电导率越高,衰减越快。

  比如,iphone3 的后盖银色的上半部分是金属,下面部分是塑料。为什么要用塑料,就是为了在后面放天线的,

  iPhone 3G、iPhone3GS多了对3G网络的支持,为确保无线信号稳定传输,两者也都采用了塑料外壳。

  而iPhone5,为了确保信号稳定,iPhone5金属后背采用三段式设计,上下两部分是陶瓷玻璃,这也是为防止金属屏蔽电磁波。

  上面提到的要么天线放背面,不采用金属后盖或者部分不使用金属后盖;要么使用金属后盖,天线不放在背面。使用金属后盖的话,目前主流的后盖设计是iphone5类型的三段式、或者iphone6或7类型的注塑条形。

  然而,目前采用iphone6类型的注塑条形后盖的手机,想要做到双天线还带NFC,技术非常难。

  目前来说只有iphone实现了,而魅族的pro6虽然号称实现了,但实际的NFC功能并不完善。

  日本村田设计了申请了一款新的专利,在摄像头上面开槽,实现了在摄像头处放置13.56MHz的NFC线圈。

  如果使用金属后盖,以iphone6、7为例,上下部分已经放置了很多根天线跟天线,设计难度肯定加大,但天线的形式未发生根本性的变化,设计难度应该在可接受的范围内。

  当然,如果是非金属后盖,比如三星s8,用LDS方案,4x4mimo天线空间上问题就不存在,设计上难度更小。

  5G高频,如果用4x4或者8x8的阵列天线,这时天线的数量和形式发生了根本性的变化,需要重新设计。

  单个天线mimo天线mm的正方形,如果放在手机厚度方向上,是不行的,所以只能放在背面上,因此阵列天线处的背板一定不可以是金属,要么采用金属后盖开窗的方案,要么使用非金属后盖。

  随着无线充电即将普及,手机上再上无线充电线圈的话,那么手机后盖只能采用非金属了。比如三星s8就是使用的玻璃后盖,既实现了4x4mimo天线,也加入了无线充电线圈。

  之前我们提到,金属会对电磁波有屏蔽作用,iphone3使用了塑料,iPhone4使用了玻璃,iphone5使用了陶瓷来防止金属屏蔽,因此至少在4G时代塑料、玻璃、陶瓷后盖都是被证明可行的。

  全玻璃后盖是主流方案,包括S8以及将要推出的iphone8都是用的玻璃方案;

  全陶瓷后盖是新鲜事物,目前只用于小米5尊享版、小米mix以及即将发布的小米mix2中使用,还有安卓之父设计的手机也是采用了陶瓷后盖。

  4G时代,塑料玻璃陶瓷对电磁波的损耗都很小,所以都可以使用。但是材料对电磁波的损耗是和频率成正比的,频率越高,损耗越大。

  传播损耗仅考虑由能量扩散引起的损耗,其大小只与电磁波本身的频率F,传播的距离D有关

  5G高频下,相比4G频率增加了约10倍,线dB,将导致传送距离不到4G的1/8

  对于一般材料而言,介电性能可以用复介电常数ε表示,ε称为ε实部,表征了材料极化程度或储能容量;ε″为ε虚部,表征了材料的极化损耗。

  但实际应用当中,常常采用tgδ,即复ε虚部和实部的比值来定量描述电介质的损耗。

  5G不管是低频还是高频,都会带来电磁损耗的提升,如果频率带来的大损耗都能解决,那么还会在意手机陶瓷玻璃后盖这点微小的影响么?

  以上介绍的是最理想、没有使用其他技术的情况下电磁波传播带来的损耗,实际上,在天线发射端,通过对天线的设计如半波阵子、多个半波阵子并列等方法,可以实现对天线进行增益,就是增加其dB值的,所以,增益越大,传输的越远。

  我们常见的无线dB,一些主打穿墙能力突出的产品则采用了7dBi增益的无线天线。

  另外,之前提到的波束成形技术,是一种让无线路由器发射端根据接收端位置进行定向发射的技术,通过多条路径传输,在接收端采用一定的算法对多个天线收到的信号进行处理,明显改善了接收端的信噪比,使得即使在接收端距离发射端较远的情况下,也能获得不错的信号强度。

  从目前5G的进展来看,5G低频的频率增加的幅度还好,传播损耗的问题也可以解决,而塑料陶瓷玻璃带来的损耗影响是不用考虑的,都可以使用。

  这个问题的解决,就不是说一个手机后盖是使用塑料还是玻璃或者陶瓷就能解决的,当然金属是不可能的。

  而是需要各种5G技术比如增加带宽、新型多址、波束成形、载波聚合、高阶MIMO、C-RAN结构等技术来实现的,这些技术也都是经过多次论证而留下的主流技术方案。

  7、5G高频,传播损耗骤增需要多种5G技术解决,后盖材料问题不是主要考虑的因素。现有天线方案,塑料陶瓷玻璃要是能用都能用,不能用就都不能用,没有讨论的意义。

  9、陶瓷玻璃都可以应用于无线、陶瓷力学性能优异、手感好,未来有望成为主流方案之一

  后话,材料的性能并不是一成不变的,科学家们会通过各种方法来改变材料的性质,比如碳材料,普通的石墨、石墨烯、碳纳米管、金刚石、富勒烯本质上都是碳这种元素组成的,但它们的性能有天壤之别。

  对于玻璃、陶瓷更是如此,玻璃、陶瓷是混合物、非晶体,其微观组织、成分、结构的变化都会对其性能有较大的变化,甚至可以和其他材料一起做成复合材料,比如在铝合金里面长陶瓷的金属基复合材料,这都是可以实现的,而且已经在航空航天中应用了。当然科学家也不是万能的,需要一点点进步的。

  说这么多的意思就是想说明,陶瓷玻璃的性能并不是一成不变的,在大的方向上确定可以使用,小的细节上是可以通过技术手段进行调节的。

  声明:该文观点仅代表作者本人,搜狐号系信息发布平台,搜狐仅提供信息存储空间服务。

http://morebigger.com/bobanjian/352.html
锟斤拷锟斤拷锟斤拷QQ微锟斤拷锟斤拷锟斤拷锟斤拷锟斤拷锟斤拷微锟斤拷
关于我们|联系我们|版权声明|网站地图|
Copyright © 2002-2019 现金彩票 版权所有