摘要

我國5G推進組6月1日在第一屆全球5G大會上正式發(fā)布了《5G網(wǎng)絡架構(gòu)設計》白皮書，華為公司近期在5G系統(tǒng)中提交的短碼方案正式成為標準之一，這體現(xiàn)了我國5G網(wǎng)絡技術研究的最新成果，這意味著我國從5G概念的研究已經(jīng)進入實質(zhì)推進階段——5G真的要來了。相比4G，5G時代的手機天線有什么不同？本文來談談。

一、5G是什么？

在3G、4G和5G等名詞中，G是英文單詞“generation”（第x代）的縮寫。因此，5G就是第五代移動通信技術。

第一代是模擬技術;第二代實現(xiàn)了數(shù)字化語音通信;第三代是人們熟知的4G技術，以多媒體通信為特征;第四代是正運營的4G技術，其通信速率大大提高，標志著進入無線寬帶時代。但是，4G還不是寬帶無線在線相連接系統(tǒng)，僅僅解決了無線互聯(lián)有和無的問題，以具體應用為例，還遠遠滿足不了正迅猛發(fā)展的無線虛擬技術的大數(shù)據(jù)實施交互需求，也滿足不了無人駕駛的在線數(shù)據(jù)服務。

為此，5G應運而生，5G的用戶核心體驗指標是：其峰值速率將增長數(shù)十倍，從4G的100Mb/s提高到幾十Gb/s。也就是說，1秒鐘可以下載10余部高清電影，可支持的用戶連接數(shù)增長到100萬用戶/平方公里，可以更好地滿足物聯(lián)網(wǎng)這樣的海量接入場景。同時，端到端延時將從4G的十幾毫秒減少到5G的幾毫秒。至于詳細的技術規(guī)范，太復雜，本文不展開談。

二、5G什么時候商用?

2017年，中國移動選取4-5個城市，每個城市大約建7個站點作系統(tǒng)驗證，形成商用樣機；

2018年，在數(shù)個城市，每個城市建設20個站點進行規(guī)模試驗，形成端對端商用產(chǎn)品和預商用網(wǎng)絡；

2019年，繼續(xù)擴大試驗網(wǎng)規(guī)模，城市試驗數(shù)量增加，基站增加；

2020年，形成萬用戶規(guī)模，商用規(guī)模開始部署。

三、5G重點和網(wǎng)絡射頻部分簡介15G的手機天線特點及其工藝

（1）5G終端天線，對周邊金屬很敏感

由于毫米波之波長很短，來自金屬的干擾是非常厲害的，印刷線路板（即PCB板），需要其與有金屬的物體之間需要保持1.5mm的凈空。

（2）5G天線是垂直與水平天線交互的點陣

這種垂直和水平交互的天線，對應垂直和水平兩個極化方向的信號收發(fā)。

（3）5G天線對安裝位置有特殊要求

由于5G終端天線是相控陣體系，其天線單元需要合成形成聚焦波束，因此需要規(guī)則的位置進行擺放,天線不能被金屬遮擋，適合3D空間掃描，規(guī)則的空間。

5G終端，被人手和人體遮擋，其信號都會開始尋找最低誤碼率頻段，形象的說，手機像一個長了眼睛的小寵物，一旦遮擋他，他即刻眼球四處轉(zhuǎn)動尋找最優(yōu)信道。我們把5G手機這一動作叫手機尋優(yōu)，因此，設計終端時候，安裝天線位置一開始就要合適，使其好尋優(yōu)。目前手機終端中，最適合5G天線位置是兩端，尤其是上端部（聽筒位置附近），其他4G內(nèi)天線都要給其讓路，也就是說有優(yōu)選位置權，其他天線移到他處。

（4）5G天線是一個含芯片的模組

天線點陣，16個小的米粒大小的天線，不可能用16根屏蔽線引出信號到射頻芯片了，需要就地解決與芯片連接難題。引出天線與點陣天線做成一體，一般一個芯片管理四個點陣。

天線模組輸出不是射頻信號，可以用接插件引出端子到手機主板上。

（5）5G天線用什么材料制造?

● 柔性基材

前文中提到的4G天線制造材料中FPC工藝，涉及到PI膜（聚酰亞胺）是不能用于10G頻率以上系統(tǒng)，因為，材料有一個叫損耗的指標，聚酰亞胺基材，在10Ghz以上損耗很厲害了。

微航推出一種基材厚度在6微米，增材制造技術沉積金屬的工藝，去掉了基材與銅箔之間膠層和覆蓋膜上膠層，可用于毫米波段天線制造。

● 剛性基材

塑膠、和線路板材質(zhì)。既要3D封裝，又要焊接電子元件，又要毫米波段電磁損耗低，這樣材料不多，剛性線路板都沒有用于4G天線，也不會用于5G。若采用適合毫米波段的印制電路板材料，把天線和電路全制造的這種印制板上，如下圖：

這樣做，價格是很貴的，且天線是平面構(gòu)型，性能會大打折扣，若把天線部分拆出來用高頻硬質(zhì)板制造，則失去了3D性能（手機四個角落弧形，天線需要共形設計）。毫米波段，對手機天線位置很敏感，差之毫厘，失之千里（指手機入網(wǎng)指標）。

塑膠中毫米波段低損耗的材質(zhì)是液晶聚合物（LCP）和PPS材質(zhì)，但都需要再進一步改性成LDS基材。微航磁電公司未雨綢繆，推出這種天線模組制造全套制造流程。也可以采用“改性PP材質(zhì)支架+激光點焊芯片工藝”，這是一種低成本材料體系,利益PP材質(zhì)低損耗，用激光點焊回避了其不耐高溫焊接缺陷。激光點焊（配合特殊焊接錫膏），是一種在低溫基材上焊接電子元件技術。其實5G基站天線都可以采用此種工藝大幅度降低材料成本。4G的室內(nèi)分布基站，目前都采用塑膠材質(zhì)代替微波電路板，見下圖：

4G室內(nèi)分布基站，運營商已經(jīng)在使用中，微航代工制造這種天線組件，5G時代，基站更多，采用先進材料和制造工藝降低成本非常重要。總之4G時代成長起來的LDS工藝還將大放異彩，只是換了材料而已。

（6）5G終端會有4G/3G天線嗎?

需要,至少5G終端開通初期,因此手機中天線林立，由于毫米波存在缺陷，如手握、屋內(nèi)屋外遮蔽都會使信號衰減嚴重。因此，4G網(wǎng)絡及5G的低頻段通訊也是必須的。如同4G建網(wǎng)之初，用戶4G搜不到信號了，自動轉(zhuǎn)3G搜索一樣。5G時代，用戶手機在毫米段搜不到信號或信號不強，將自動切換低頻段通訊。

2現(xiàn)階段手機終端的天線技術

手機中布滿了天線，從GPS、藍牙、wifi、2G、3G、4G等頻段。頻率越低，尺寸越大。毫米波，顧名思義，其波長尺度在10mm內(nèi)了，照波長四分之一計算，約2.5mm的點陣，就是組成有規(guī)則間距的陣列。

4G的天線一般布置在手機上下端部和側(cè)面，采用了LDS（立體電路的一種制造工藝，激光在3D曲面塑膠上選擇性沉積金屬工藝）和FPC（柔性線路板）配合側(cè)面金屬邊框來實現(xiàn)終端天線功能：

金屬機身手機中，外露的中框一段金屬與手機內(nèi)FPC組成了天線：

若2017年玻璃機身手機開始流行，這類手機擬用到的工藝和材質(zhì)依然是FPC和LDS工藝，也有把天線制造在玻璃殼體和玻璃支架上的：

0.1-0.2mm厚度3D的玻璃支架上制造邊框觸摸和天線（深圳微航提供制造）

3基站和終端

5G網(wǎng)絡是一個密集分布基站網(wǎng)絡，基站分布密度比前幾代移動系統(tǒng)都高。

其中，基站移動終端之間采用28Ghz的毫米波頻段通訊。基站天線系統(tǒng)采用相控陣天線體制。波束在垂直和水平兩個方向交叉極化，以實現(xiàn)更高的用戶密度和增加系統(tǒng)用戶容量。

5G終端具備自選基站能力，可以根據(jù)基站誤碼率挑選誤碼率低的基站和信道通訊。

實現(xiàn)以上這些功能，依賴陣列天線技術，基站和終端都用到了毫米波相控陣天線。終端中天線陣列為4X4點陣；

作者簡介：周紅衛(wèi)先生，深圳市微航磁電技術有限公司CTO，長期從事手機中新材料、新工藝創(chuàng)新應用和制造集成。

致謝：本文由深圳市微航磁電技術有限公司的周紅衛(wèi)先生投稿，艾邦高分子編輯整理。感謝周紅衛(wèi)先生的技術分享，周紅衛(wèi)先生也在艾邦高分子手機外殼產(chǎn)業(yè)鏈群里，欲加群討論，請備注“手機”添加群主微信：aibanggaofenzi004