中国手机天线发展趋势分析、无线充电市场发展接收端、发射端发展趋势分析
手机天线主要负责接收和发射电磁波,如果没有天线,手机将无法通信。从天线的设置方式来看,分为内置和外置。最开始的手机天线是外置的,随着技术的进步以及通信频段往高频发展(频率越高,波长越短,天线业绩越短),手机天线从之前的外置变为现在普遍流行的内置。在内置的手机天线中,除了主通信芯片用于访问运营商网络,还包括了Wi-fi天线、GPS天线、NFC天线以及无线充电芯片。
从内置天线的工艺来看,主要有FPC、金属中框以及LDS天线工艺。FPC天线是用塑料膜中间夹着铜薄膜做成的导线当做手机天线。以iPhone3GS为例子,该款手机采用了FPC天线,依靠铜箔辐射信号,其优点是设计简单并且生产成本较低,缺点是比较容易受到五金件及装配精度影响,而且在此款手机上出现过连接不牢固的情况。
金属中框天线是直接把手机金属中框的一部分当做天线来用,iPhone4就采用这个方案。该款手机的金属边框采用了CNC不锈钢工艺,这个边框不仅起到了机身框架的作用,同时还是手机的无线天线。并且这个边框左侧和顶部的两条缝隙将其分为两段,两段中的左半部分起到了WiFi、蓝牙和GPS天线的作用,右半段则是UMTS/GSM手机网络天线。
LDS(LaserDirectStructuring,激光直接成型)天线是利用特殊的激光将设定好的线路图雕刻在塑料器件表面,经过化学电镀等步骤后,在塑料表面形成一层金属层电路的工艺。这种方法让天线可以“寄生”在其
他塑料元件上,不再需要单独的放置空间。苹果公司从iPhone6开始采用LDS天线,在金属后盖上注塑,看似一体成型的金属后盖被切分成A/BCD/E三段,其中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。
与传统的天线的相比,LDS天线性能稳定,一致性好,精度高,并且由于是将天线镭射在手机外壳上,不仅避免了手机内部元器件的干扰,保证了手机的信号,而且增强了手机的空间的利用率,满足了智能手机轻薄化的要求。
从目前的实际运用来看,FPC和LDS方案是主流,其中FPC方案主要用在中低端手机,LDS方案用在高端手机上。
随着5G的到来,手机天线的设计会迎来新的变化。在5G低频范围(低于6GHZ的频段),天线的长度和4G相差不大,但是为了提高速度,天线数量上将有大幅的提高,MIMO (Multiple-InputMultiple-Output)多天线技术将得到更加广泛的应用。以4×4MIMO为例,它拥有4根发射端天线和4根接收端天线,
1x1MIMO只有1根发射天线与1根接收天线。从传输速度来看,4x4MIMO在传输速率上遥遥领先1x1MIMO。目前来看,4G手机中,4x4MIMO天线只用在部分旗舰机中,主流还是2x2MIMO。未来新出的5G手机,至少需要4x4MIMO,8x8MIMO将成为标配,手机天线数量有望大幅提升。
从近期手机厂商发布的5G手机来看,新款手机天线数量明显比4G 手机有大幅提升。8月22日,vivo子品牌iQOO发布新品iQOOPro和iQOOPro5G,iQOOPro5G手机采用了“5G6天线”设计,把普通的4根5G天线增加到了6根。9月19日,华为发布Mate30系列,该系列采用了最尖端天线系统,内部集成了21颗天线,其中14根天线用于5G连接,支持8频段5G和双5GSIM卡连接,采用金属中框和LDS 相结合的方案,天线数量相比4G手机有了大幅提升。
到了5G高频范围,波长开始进入了毫米波范围,手机天线设计从单天线且波束固定的天线设计,转变为天线阵列(多天线单元)的设计。现在手机毫米波天线阵列比较主流方向一般是基于相控阵(phasedantennaarray)的方式,相控阵毫米波天线阵列实现的方式主要包括以下三种:
AoB(AntennaonBoard,天线阵列位于系统主板上);AiP (AntennainPackage,天线阵列位于芯片的封装内);AiM (AntennainModule,即天线阵列与RFIC形成一模组)。从目前业界的选择来看,AiM方式为业界普遍接受,AiM天线一般会以辐射波束互补的天线种类(片天线和准八木天线)进行搭配设计,从而实现更广的空间覆盖。采用阵列天线的设计方式,不仅手机天线的数量大幅提高,而且手机天线设计的难度也将大大增加,有望带动手机天线价值进一步提高。
2018年,全球智能手机天线市场规模达152亿元,同比增长2.7%。受智能手机出货量减少影响,近三年全球智能手机天线市场增速呈现一定下滑趋势。
从近期手机厂商发布的5G手机来看,新款手机天线数量明显比4G 手机有大幅提升。8月22日,vivo子品牌iQOO发布新品iQOOPro和iQOOPro5G,iQOOPro5G手机采用了“5G6天线”设计,把普通的4根5G天线增加到了6根。9月19日,华为发布Mate30系列,该系列采用了最尖端天线系统,内部集成了21颗天线,其中14根天线用于5G连接,支持8频段5G和双5GSIM卡连接,采用金属中框和LDS 相结合的方案,天线数量相比4G手机有了大幅提升。
一、天线趋势
5G不仅对天线的数量提出了要求,对天线的材料也有更加高的要求。传统天线软板是以PI为基材,这种材料在高频的时候会遇到比较严重的传输损耗,难以适应5G高频的需求。为了克服PI材料的缺陷,业界提出了LCP(液晶聚合物)材料作为新的天线材料。与PI基材相比,LCP材料拥有更多的优秀特质能更加适应5G高频的需求,主要体现在:(1)介电常数更低,阻抗带宽较宽,无明显表面波;(2)操作频带范围较宽(操作频段<100GHz),在5G高频的毫米波段下能稳定工作;(3)损耗正切角较小(0.002-0.0045),电介质在单位时间内每单位体积中将电能转化为热能(以发热形式)而消耗的能量小;(4)优异的低吸水性(吸水率<0.004%),相对介电常数和损耗正切角在各种环境下保持稳定;(5)热可塑性,可无需额外黏合层而实现叠层。
PI基材由于具有介电常数相对较大,操作频带范围窄,高频传输损耗严重等缺点,已难以满足未来5G时
代数据传输高频高速的需求,LCP天线能较好克服上述缺陷,未来有望实现对PI的替代。虽然LCP 材料在性能上显著领先于PI基材,然而LCP也有一定的缺陷,主要体现在LCP天线工艺复杂,成本较高,良率较低,供应商少等。为了解决LCP材料的缺点,业界提出了MPI材料来作为PI向LCP材料过
汽车天线