个人做论坛网站需要哪些备案,网站营销策划公司,wordpress wp_signon,app开发定制公司哪家好做在手机的演变历程中#xff0c;天线的设计和位置一直是工程师们不断探索和创新的领域。你是否好奇#xff0c;现在的手机为什么看不到那些曾经显眼的天线了呢#xff1f; 让我们一起揭开这个谜题。 首先#xff0c;让我们从基础开始#xff1a;手机是如何发出电磁波的天线的设计和位置一直是工程师们不断探索和创新的领域。你是否好奇现在的手机为什么看不到那些曾经显眼的天线了呢 让我们一起揭开这个谜题。 首先让我们从基础开始手机是如何发出电磁波的答案是依靠天线。当一根金属天线被通上交流电时它内部的电子会来回振荡形成振荡的电偶极子从而发射出电磁波。这个电磁波的波长与天线的尺寸是紧密相关的。 偶极子天线 上图是偶极子天线Dipole antenna它的理想长度通常是工作波长的一半这样就可以获得较好的天线效率和较宽的工作带宽。 要确定天线的尺寸我们首先需要知道最低的工作频率因为最低频率对应着最长的波长。 例如如果我们的低频段频率是810 MHz那么根据波长公式 c/f光速c除以频率f我们可以计算出波长大约为37厘米半波长大约是18.5厘米。然而我们的手机的度一般在12到17厘米之间。由此可见如果天线长度为18.5厘米可能与手机的长度相当甚至超出手机的长度。这对于手机的外观设计和内部空间布局都是一大挑战。 因此在工程上手机天线的设计通常是基于单极子天线的原理。单极子天线是一种垂直于地面放置的天线它的尺寸对于偶极子天线来说只需要偶极子天线的一半也就是波长的四分之一结构更为简单占用空间更小。 但是在这里要注意哈为了在移动/蜂窝电话频率下获得有效辐射天线本质上是整个设备的大小。也就是说天线不再是一个孤立的组件而是使用手机的整个结构接地平面来制作天线。 同时为了小型化等需求我们不断的折腾天线的形状。比如说把单极子天线掰弯成L形这样天线就不用直直立着了。 这里我们又要说一下阻抗的问题了在“为什么是 50 欧姆 ”文章中我们详细聊过。在阻抗方面为了进一步提升倒L型单极子天线的阻抗匹配性能使其50Ohm馈线阻抗相兼容工程师们在L形天线的馈电端前引入了额外的接地点形成了倒F形结构即IFA天线 随后为了拓宽天线的工作带宽工程师们采用平板结构来替代IFA天线的辐射部分从而发展出了平面倒F天线简称PIFA整个天线的形状像个倒写的英文字母F因而得名。 PIFA天线有很多优点频带宽增益高等等。但是它有一个缺点为了确保天线能够正常工作其辐射单元到接地平面的垂直距离通常需要保持在6mm以上。 啥意思呢就是咱们的手机没法做得更薄了。 然而6mm这一限制并非绝对更多是出于设计上的考虑以确保天线在手机内部能正常工作。天线设计师可能会采用各种创新方法来克服这一限制比如使用更先进的材料、优化天线形状或利用手机内部的其他结构如金属框架来改善天线性能。 下面我们具体看看各个 G 时代的天线是啥样的。 咱们大哥大1G时代通信频段大约在800MHz对应的波长为37.5cm这要求天线长度至少为 9.375cm这使得天线不得不突出在手机机身之外。不过此时天线并不需要复杂的设计大部分为上面我们说的直矗矗的单极天线。 下图是1983年第一台商用手机Motorola DynaTAC 8000X。 到了2G时代常用的频段是900MHz和1800MHz。我们以900MHz为参考单极子天线的长度为Lλ/48.25cm。但此时的天线只能支持单个频段如下图的诺基亚1011手机 这个时期还开发了可拆卸的超大型天线Ericsson的R190手机配备了一个可拆卸的超大型外接天线使得用户能够直接通过手机进行卫星通话。 不对咱们的主题是天线去哪里了怎么还弄出来这更明显的外置天线 是的外置天线太丑了尺寸大而且容易损坏显然并不会是主流为了克服这些不足咱们的手机天线渐渐转向了内置。 下面这款是德国制造的Hagenuk Globalhandy手机被认为是业界首款内置天线的移动手机。不过也有人认为诺基亚在1998年推出的诺基亚6110是第一款内置天线的手机。 这款手机采用缝隙作为辐射单元它利用金属表面上的缝隙来产生和接收无线电波。这种设计允许天线在不显著增加设备体积的情况下实现有效的无线通信能力。 而1999年诺基亚推出了Nokia 3210做成了一个完全内置的天线采用的是平面倒F天线PIFAPlanar Inverted-F Antenna且可以支持900MHz和1800MHz双频段。 从此手机天线再也变得不可见完全集成到手机内部了。 在3G时代的手机慢慢智能化了。其天线主要有两个特点一个内置天线一个是多天线。内置天线的设计主要还是采用上面我们说的IFA和PIFA。 如下面这款3G手机Palm Pre手机它采用的是IFA天线。 从上图我们也可以看出此时的手机中已经开始集成各种天线如GPS天线、1800MHz天线900MHz天线、分机天线等等。 这些多天线设计目的是为了支持不同的频段和通信标准。比如说在3G时天线需要支持850MHz、900MHz、1900MHz和2100MHz等。 我们以1900MHz为例看看它的天线长度根据上面提到的公式计算1900MHz频率的波长大约为16厘米3G天线的长度可能在4厘米左右这是天线长度的理论计算值实际应用中可能会有所不同。 这里要注意的是早期的3G多天线还不是MIMO仍然是SISO单输入单输出只不过是集成了多根支持不频段的天线而已。 比如说2004年推出的3G Nokia 6630手机可以真正意义上支持全球漫游也是第一个双模三频段手机所使用的天线也是多天线内置内部集成了支持GSM 900/1800/1900 MHz频段的天线WCDMA天线。 在3G到4G的过渡期间SU-MIMO技术开始得到应用这标志着从SISO到多输入多输出MIMO技术的一个重要转变。 从IFA/PIFA天线技术的引入到现代4G手机的发展天线设计的核心变化在于增加了天线数量和扩展了支持的频段。 现在的5G时代频谱主要分为两个区域6GHz以下的称为sub-6GHz频段6GHz以上的则被称为毫米波(mm-Wave)频段。 我们以低频段Sub-6 GHz的一个中间值3.5GHz3500MHz为例来看看5G天线的长度。根据上面的公式波长为长度0.0857米对于单极子天线其长度大约是波长的1/4大约是21.4毫米。这使得天线可以轻松地内置于手机机身内部。 其实4G/5G天线的长度没有明显的变化不过5G手机使用MIMO技术将多个天线元件组成了一个天线阵列例如8×8 MIMO有8个发射端天线8根手机端天线。 除了通信频段的不断提升使得天线可以做得越来越短小天线的制造工艺也在不断提升。 在手机发展的早期天线设计普遍采用在塑料后盖上直接印刷的方式即印刷成型PDS天线。它是利用导电油墨在塑料或其他非金属表面上形成天线图案从而实现无线信号的接收与发送。后面又发展成FPC天线即冲印在机身电路中的天线。 苹果公司一直使用FPC天线技术这种技术采用塑料基底上的铜薄膜来制造柔性的天线并将它们嵌入手机的塑料外壳之中。下图右上角是iPhone X的FPC。 在2010年苹果公司在iPhone 4上首次创新性地将手机的金属边框用作天线的辐射部分实现了天线设计与手机结构的无缝结合引领了金属边框天线的潮流。 同时利用精细的分割和接地技术金属边框可以被巧妙地转换成了多样的天线形态比如倒L型、倒F型和环形等满足了现代手机对多频段和多制式的需求。 另外为了节省空间工程师们开始将天线通过激光雕刻技术附在手机的塑料后壳上也就是LDS天线。 总之随着科技的进步手机天线已经从显眼的外观走向了隐蔽的内置设计。它们变得更加小巧、高效与手机的美学和人体工程学设计完美融合。 下次你拿起手机时不妨想一想那些曾经显而易见的天线现在已经巧妙地隐藏在了你手中的高科技设备之中。 感谢阅读
