0755-83044319

Technology application

Technology
Home -Technology -Technical exchange -How difficult is 5G terminal antenna design?

How difficult is 5G terminal antenna design?

Release date:2021-12-28Author source:KinghelmViews:216

Speaking of "terminal", I believe that everyone will not feel unfamiliar.


The mobile phones that we are inseparable from every day and the computers that we often use at work are called terminals.



The terminal is the node closest to the user and the interface between the user and the system. Users must rely on terminals to access and access the network.



Since the beginning of the 21st century, with the birth and development of the Internet of Things, the types of terminals have increased rapidly. Their connection objects are no longer just people, but extend to all things in the world.


IoT,Internet of Things


For example, door locks, lights, electrical appliances in the home, street lights, water and electricity meters, trash cans in the city, and even bicycles, cars, and drones have become terminal devices after networking, collectively referred to as IoT terminals.


IoT terminal


In June 2019, the Ministry of Industry and Information Technology officially issued a 5G commercial license, marking the entry into the 5G era of "Internet of Everything".


With the characteristics of large bandwidth, low latency, and wide coverage, 5G not only pushes the user experience of consumer Internet to a higher level, but also greatly promotes the incubation and implementation of IoT scenarios in hundreds of industries.


For example, 5G combined with 4K/8K ultra-high-definition video technology, and even VR/AR technology, can realize wireless transmission of massive video data and get rid of the spatial constraints brought by wired transmission.


For another example, in the 5G intelligent manufacturing scenario, industrial robots using 5G technology have extremely low latency of control messages, can complete high-precision operations, and improve production efficiency.


There are also driverless and remote driving scenarios that everyone is concerned about. The combination of the Internet of Vehicles and 5G, with the help of the 5G low-latency and high-reliability network, can better achieve vehicle-road coordination and improve the safety factor.


5G无人机


5G强大的网络通信能力,为行业应用场景的完美实现,奠定了坚实的基础。然而,它也给终端产品设计带来了巨大的挑战。


尤其是终端产品的信号收发能力,如果无法满足要求,那么即使网络再好,也是“有网无端”,难以发挥5G的真正价值。


那么,影响物联网终端信号收发能力的最关键部件,究竟是什么呢?


相信大家都已经猜到了,没错,就是天线




▉ 5G终端天线设计的重难点


天线,英文名叫做antenna,是所有通信设备最重要的部件之一。它的好坏,直接关系到终端的通信能力以及工作效率。


一直以来,天线都是终端的设计重点和难点。5G的到来,更是将天线的设计难度推向了难以想象的高度。


首先,5G终端要支持多天线技术,以满足超高传输速率要求。


5G的超高速率(Gbps以上),要求强大的多天线系统性能支持极强的数据吞吐能力。为了实现高速率,5G引入了Massive MIMO(大规模天线)技术,终端天线需要同步支持。5G还引入了Beamforming(波束赋型),终端天线同样需要支持。



其次,5G终端天线必须有合理的布局设计,尽可能小型化。


终端天线一般分为外置天线和内置天线。外置天线我们见得比较多,体积较大,独立于设备之外。而内置天线体积小巧,集成在物联网设备内部。



现在的物联网终端,一般都要求体积小巧,且内置天线更加美观,更具市场竞争力,所以,越来越多的终端厂商选择内置天线方案


在本已狭小的设备内部空间,塞入5G天线,谈何容易?


天线是敏感元件,放置位置和方式有严格的限制,不是随便乱塞的。如果布局设计不合理,可能导致和其它器件之间的互相干扰,出现电磁兼容性(EMC)问题。


5G频段,中低频有Sub-6 GHz频段(甚至700MHz频段), 高频有毫米波频段。频率跨度大,意味着天线尺寸跨度也大,加上多制式网络的支持,要求天线必须具备很好的调谐能力,这也大幅增加了天线的设计难度。


在设计天线布局时,还必须要考虑用户使用场景和方式。例如,5G手持终端需要考虑手部握持的位置,5G踏板车需要考虑天线会不会被骑手身体阻挡,等等。


第三个设计难点,在于功耗控制


功耗是物联网终端的命门。如果天线设计未经优化,会加剧电池的消耗速度。


5G作为高性能终端,功耗设计压力本来就大。如果天线额外增加了对电池的消耗,无异于雪上加霜。试想一下,如果5G终端需要频繁更换电池,用户体验从何谈起?随之而来的成本增长,又该如何面对?


除了上述几点之外,终端天线设计需要考虑的因素还有很多,例如新工艺新材料的应用,产品耐用性、可靠性、易安装性的增强,等等。



对于终端厂商来说,要在研发和设计5G终端天线时面对这么多的挑战,实在是力不从心。


有些厂商,因为忽视对天线的前期设计,导致产品定型后发现性能受限,工作效率无法符合设计需求,最终不得不花更多的经费、时间和精力,对天线进行重新设计。


也有的终端厂商,虽然知道天线的重要性,但缺乏天线专业人才,不具备合格的天线设计和测试能力,只能束手无策。



▉ 5G终端天线设计的解决方案


面对5G终端天线设计的诸多挑战,国内模组行业的领军企业——上海移远通信,提出了自己的见解和应对方案。


对于移远通信,行业内的读者一定都非常熟悉。他们是全球领先的物联网解决方案供应商,模组出货量排名前列,拥有涵盖2G/3G/4G/5G、NB-IoT/LTE-M、车载前装、安卓智能和GNSS模组的完备产品线。



作为模组厂商,移远通信在天线设计领域拥有丰富的行业经验积累。


目前,移远通信已成功推出250多种天线产品,包括胶棒、组合式、出线式、磁吸式等外置天线,以及PCB、FPC、SMD、陶瓷等内置天线,覆盖包括5G在内的不同技术的物联网应用。


移远通信天线产品


移远通信认为,终端厂商选择多个供应商,采购组件,然后集成到一台设备中的传统方式,已经无法满足5G终端的天线设计需求。无线模组和天线由一家能同时提供应用方案的供应商进行整合设计,将是5G时代终端天线设计的主流趋势。





无线模组、天线分开设计和采购,就好像是一辆汽车升级时只换发动机,或者只换车架、轮胎,缺乏整体上的考虑,性能提升始终有限。


而整合设计的方式,是站在更高的视角,进行全局考虑。无线模组和天线之间能达到更好的协同,发挥最佳性能。



例如5G天线的调谐能力,在整合设计的前提下,表现肯定优于分开设计。


除了达成5G的指标要求之外,整合设计也有利于减小5G终端的整体尺寸,减少对空间的占用。对于系统功耗和散热控制来说,整合设计也有明显优势。


系统级整合方案还有一个显著的优点,就是降低5G终端的设计难度,方便厂商们以更快的速度推出产品,抢占市场。


5G模组+天线集成化设计方案


移远通信的“无线模组+天线”整合设计方案,既充分利用了自身在模组领域领先的技术实力和经验,又发挥了全定制天线设计、集成和制造能力,可以说是如虎添翼,让5G客户实现拿来即用,减少其在5G技术上的研发投入,缩短开发周期,助力产品快速上市。


移远通信拥有专业的天线团队,天线服务贯穿咨询与评估、设计、测试和认证、生产制造等各个环节,可以提供一站式服务。



除了设计能力赋能之外,移远通信天线服务还充分考虑了质量方面的保障,以及延伸服务能力的加强。


为了保证天线产品的质量,移远通信具备完善且严格的质量流程,可以提供完善的测试系统和设备。移远还可以提供射频设计审查和整机EMC/Desense排查测试,帮助客户解决最常见的难点、痛点,大幅减少开发工作量。


移远通信5G终端天线测试设备


延伸服务能力方面,移远通信的服务网点遍布全球各地,可以提供本地化技术支持服务,更快响应客户需求,为客户终端快速抢占市场全方位“护航”。


移远还可以综合评估运营商要求,进行预认证测试、OTA优化,为客户节约各项成本,加速终端上市,抢占5G市场先机。



▉ 结语


随着5G网络建设的提速,我们整个社会正在加速走向数字化、智能化。


以5G终端为代表的海量物联网节点,正在遍布地球的每一个角落,它们是数字化网络的神经末梢,也是构建精彩数智世界的基石。


我相信,在不久后的将来,在完善的设计服务加持下,还会有更多优秀的5G终端产品甚至爆款产品出现,颠覆我们的认知,彻底改变现有的工作和生活方式。


未来已来,让我们拭目以待!




该内容来自于网络/传感器专家网,本网站仅提供转载,该文观点立场技术等与本网站无关,如有侵权,请联络我们删除!