5G时代于今年已然到来，而回览自1G时期的大哥大到现今的5G手机，手机天线着实经历了巨幅的翻腾变化。

从1G到2G，只是调制方式的改变，即从模拟调制变成数字调制，对手机天线本身，并无本质的差异；自2G到4G，主要则是在通讯频段数量的增长，和天线数量的增长。而5G相较于4G，最主要的差别是体现在天线数与通讯频段数再次的增加，及通讯频率的拉高（尤其是毫米波段的引入）。而对于手机天线设计者而言，5G FR 1（非毫米波频段）的天线设计，可视为是基于4G天线设计的战术级演进（evolution），如前所述，其主要的驱动力是＂量＂（天线数与频段数）的增长；然而5G的FR 2（毫米波频段），相对于4G和5G FR 1天线设计，则是为战略级上质的升腾 (revolution)。

——VIVO首席天线专家 黄奂衢博士

VIVO首席天线专家

台湾大学电信工程研究所电波组 (天线设计领域)博士

曾于美国加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 进行博士研究

现为国际天线学术期刊IEEE AWPL与MOTL审稿人

曾任职于多家全球智能机领军企业，如: HTC/ Nokia/ Huawei/ Apple等

迄今有近14年的高端手机与平板天线设计经验及40余篇海内外天线专利

《芯片揭秘》主持人曹幻实对话VIVO首席天线专家黄奂衢博士，精彩片段先睹为快。

本期对话主题

1. 从1G到5G，手机天线会有怎样的变化？

2. 为什么越来越多的手机使用LCP软板，5G时代这项技术会成为主流吗？

3. 各大手机厂商为什么愿意在天线研发上做这么多布局和投入？

4. 如何成为一名优秀的手机天线工程师？

本文由芯片揭秘采访内容整理

5G主要分成两个区块——FR 1 (FR: Frequency Range，即频率范围) 和FR 2。FR 1频段是非毫米波频段，其是在0.41 GHz至7.125 GHz的频段。FR 2则是毫米波段，而3GPP目前已编码频段的频率上下限范围是从24.25 GHz至40.0 GHz。故，5G的毫米波频段相对于4G以前，乃至于对5G FR 1频段，其频率皆为显著提升，而致使电磁行为截然不同；因此，手机的毫米波天线设计相对于4G与5G FR1的天线设计将会是战略级上质性跳跃的升华，而不只是战术级上量性增长的演进。

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为什么越来越多的手机使用LCP软板，5G时代这项技术会成为主流吗？

5G时代，通信频率增高，天线数目增长，如果还用传统射频缆线的连接方式——基于天线单体与板子间连接，有几个显著的问题：

1、传统的射频缆线是圆柱体，其体积所占空间相对较大；

2、射频缆线跟天线之间过渡的连接机制（如焊点，或射频座+板上走线(trace)+弹片）会造成能量损耗；

3、且常规上，一条射频缆线一次只能连接一个天线，而在所需天线越多时（如5G），则需要的射频缆线数目也往往会增加，而此对于手机紧凑与极致的空间设计是明显相违的。

FPC形式的连接机制正可解决了这些劣势，因FPC平面式的传输结构，且可一次可以携载多条信号线 (signal traces)，此外，FPC末端可以展开形成天线，无需过渡的连接机制。而FPC形式中的LCP软板更兼有低损耗、低吸湿性、好的折弯共形性，好的多层承载性，好的尺寸稳定性等，故LCP在5G时代可预见地，会较传统PI材质的FPC有更高的产品渗透率。然而，LCP软板也有如后的几个主要缺点：一是目前能提供LCP材料的厂商较少，较有独苗的风险；再者，且此些供应商的产能也较少；三是其制成相对比较复杂，良率较低，故而产出的成本也较高。针对上述LCP主要的三项缺点，故MPI (Modified PI)，便因应而生（在常用长度下，MPI在FR1频段上于LCP插损表现相当接近，然MPI在FR2频段上的插损，则明显弱于LCP）。

各大手机厂商为什么愿意在天线研发上做这么多布局和投入？

手机厂商基本在硬件上是集成性的属性，然而有几项硬件的设计，则是大多数的手机厂商可以自主自研（in-house）进行与掌握的，如：外形设计、结构设计，以及天线设计。而手机厂商自主设计天线主要基于以下几点：

1、掌控性：只要有对应的调试与测试环境资源，手机厂商基本可不需依赖外部厂商，而可进行厂内（in-house）的天线设计。

2、机密性：天线，往往是与外形设计（包含外形尺寸、形状，及材质等）及结构设计是高度耦合联动的（除了外置天线时期），故天线设计隐含着高度关联到新产品外观的机密性，而外观往往正是新产品（尤其是手机）的重中之重。

3、及时性：在大多数的产品定义与研发前期，外形与结构设计常见地会频繁滚动，快速变更，与多样发散，以到手机更好的综合产品竞争力。若是转交给其他外部厂商进行跟进与设计，则响应时间往往较长，进而影响产品的评估与固化的及时性。

4、必要性：手机最基本最必要的功能就是无线通信，而天线是无线接收链路的第一关，也同时是发射链路的最后一关，天线在无线链路上身兼着第一也是最后的关键性角色，一如山海关，其是京师出塞的最后一关，也是关外进京的第一关。故，天线性能的优劣对于整机的无线性能至关重要。

5、重要性：天线在手机硬件部件中里面是最难被标准化也是最难被集成的，且如前所述，天线是可显著地影响整机的外观，内部架构与堆叠，及整体的系统性能。

如何成为一名优秀的手机天线工程师？

从事手机天线设计这条路，前途是非常光明，然而过程是非常艰辛的。而5G的种种无线通讯需求，与越来越极致的全面屏外观需求，对手机天线设计都再再提出了更严苛的要求，然而无线通讯的性能标准与用户体验度却没有也不会下降。但雨过则天晴，守得云开见月明。

优秀的天线工程师，需具备一定的物理观念与理论知识，且搭配实践经验，然而于此还只在天线设计的范畴，必须进一步了解系统行为，包括射频、EMC，甚至是结构设计（因个人认为天线工程师基本就是电气的结构工程师；且手机硬件设计往往是以结构设计为主体）及和天线相关软件的基本知识。而除了设计方面，好的天线工程师还需要知道怎么去量测，包含了实验室测试（lab tests）与外场测试（field tests），且必须全局地了解用户的使用场景与方式，以达到更佳的用户使用体验，因对于消费型产品，所谓的良好工程设计，就是能成就美好的用户体验。

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本期话题提到如下专业名词：

LTE

LTE(Long Term Evolution，长期演进)是由3GPP(The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划)组织制定的UMTS(Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统)技术标准的长期演进，于2004年12月在3GPP多伦多TSG RAN#26会议上正式立项并启动。

LCP

LCP是英文Liquid Crystal Polymer 的缩写，在国内称之为液晶聚合物，是一种新型的高分子材料，在一定的加热状态下一般会变成液晶的形式，所以因此而得名，它的特性决定了LCP塑胶原料的用处。

FPC

柔性电路板（Flexible Printed Circuit 简称FPC）是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板。具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。

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