下一代移动设备的快速创新给天线实施带来了巨大的工程挑战。关键问题是，蜂窝、Wi-Fi、超宽带(UWB)、毫米波(mmW)和GPS标准规定了新的频段，提出了新的要求，使得5G手机的射频路径通常是LTE手机的两倍以上。然而，空间的缺乏限制了添加新天线和/或在多个频带之间共享天线的能力，从而导致更复杂的问题。工业设计创新(如折叠或卷曲屏幕以及使用虚拟控件代替物理按钮)给天线设计和布局带来了明显的限制。日益增长的载波功率需求与OME系统的效率目标和改进(例如电池寿命)之间的冲突也带来了额外的挑战。Qorvo在帮助企业解决棘手的RF问题方面拥有丰富的经验，其重新构思的Qorvo天线解决方案(QASR)可以帮助工程师应对空间、设计和性能挑战，以便在RF架构中利用天线功率。
快速增长的移动产业
随着智能手机和可穿戴设备制造商与移动运营商竞争提供更大的覆盖范围、更高的数据速率、全新的无线通信功能和革命性的工业设计，移动行业的创新步伐继续快速前进。
智能手机制造商开始扩大其产品线的5G支持，以满足对文章流、文章会议、音乐和游戏等数据密集型服务不断增长的需求。因此，用于高端手机的6 GHz以下的5G高带宽频段(n77/n78和n79)和更宽的毫米波频段(n257-n261)现在也用于中端和大众市场手机。在增加射频复杂度的同时，5G不仅需要增加新的蜂窝频段，还需要在更高频段支持4x4 MIMO，以实现更快的数据传输速度。
制造商还为手机增加了更多的非蜂窝频段，以提供更快的网络和支持新的定位服务。例如，Wi-Fi 6E/7将Wi-Fi扩展到6 GHz频段，并提供超宽的160-320 MHz信道，从而为高清流媒体、虚拟现实和点对点游戏等应用提供更高的性能，同时缓解Wi-Fi频谱广泛使用带来的拥塞。
UWB技术最初用于高端手机，现在用于中档和大众市场手机。UWB可以以前所未有的精度(误差在几厘米以内)计算室内或室外的距离和位置，它已经开始支持全新的定位应用和设备。顾名思义，UWB使用的信道宽度至少是500 MHz，频率范围是3.1-10.6 GHz。目前移动应用主要使用的频率范围是6-9 GHz。制造商也开始增加新的GPS L5和L2频段，这些频段提供了各种优势，例如为关键任务应用提供更高的定位精度。
与此同时，随着移动运营商寻求优化现有频谱的使用以提高数据速率，智能手机开始增加越来越复杂的多蜂窝频段组合。许多运营商开始使用EN-DC(E-UTRAN New Radio-Dual Connection)，以便通过使用4G锚定频段和5G数据频段的组合，在一些地区更快地部署5G数据速率。载波聚合(CA)集成了多个分量载波(CC)，以实现更大的带宽和更高的数据速率。随着越来越多的频带被添加到组合选项中，CA现在变得越来越复杂。5G定义了多达16个cc的数百种新组合。每个组合的连续带宽可达100 MHz，总聚合带宽可达1 GHz左右。其中包括两种或两种以上具有挑战性的低频段新聚合，如欧洲或亚洲的B20 B28组合和北美的B5 B12、B13或B14组合，具有范围更广、吞吐量更大的优势。
厂商也开始采用更高的发射功率来扩大高频信号的覆盖范围，因为高频信号的传播距离不如低频信号。2级功率可以使天线的发射功率翻倍(最高26 dB)，目前已经得到了广泛的应用，业界也开始探索可以进一步翻倍功率(最高29 dB)的1.5级功率。
工业设计创新
由于制造商正在寻找新的方法来区分产品并提供令人愉快的新消费者体验，智能手机的工业设计也开始快速发展。这种革命性的设计包括带有卷曲屏幕的手机和带有可折叠屏幕的翻盖手机。手机边框周围的屏幕具有前沿时尚的外观，同时最大限度地增加了消费者可用的屏幕面积。物理按钮开始被虚拟控制取代，虚拟控制通常位于手机的底部或侧面。此外，制造商还在不断增加用户看重的其他新功能，如更好的显示屏、更多摄像头、多种生物识别认证方法、更高质量的扬声器和更大的电池。虽然它们对消费者来说非常有吸引力，但这些功能会占用空间，从而减少射频前端(RFFE)的可用空间，而且它们还会对RFFE组件和天线的位置带来新的限制。
这些趋势导致了使用蜂窝和/或非蜂窝连接的小型物联网(IoT)设备的爆炸式增长，包括手表、其他可穿戴设备和小型跟踪设备。在这些设备中，空间很重要，将射频内容压缩到微空间也很重要。
天线挑战
这些连接和工业设计方面的创新给从事下一代智能手机和其他移动设备的工程师带来了各种相互关联的天线挑战。
射频路径增加了两倍多。
增加新的蜂窝和非蜂窝频带极大地增加了移动设备中RF路径的总数。支持mmW频段和UWB的典型5G手机的射频路径是典型4G手机的两倍以上。每条射频路径都需要连接一根天线，但天线数量不可能翻倍。这是因为手机内部的可用空间是有限的：增加天线数量意味着它们必须相互靠近，这会降低天线之间的隔离度。这将导致耦合相关的问题，从而增加RFFE中非线性分量的可能性，并降低接收器的灵敏度。
考虑到在固定外形尺寸下可实现的天线总数的限制，应对RF路径数量增加的合理方法是增加每个天线的带宽，以支持更多频带。但是，这种方法也会带来挑战。天线带宽越宽，损耗越大。他们可能需要更多的空间，因为天线的大小是由其支持的最低频率决定的。此外，使用单个天线同时发射和接收多个频带会增加混合信号的非线性杂散发射的风险。解决这些问题并不容易：需要仔细的分析和特殊的天线设计技术，并在RFFE结合适当的滤波和路由解决方案。
超宽带
支持UWB需要使用三个或四个相对较大的贴片天线，这将占用手机中大量拥挤的空间。因此，制造商开始寻找组合这些天线的方法，以减少所需的整体空间。另一个需要考虑的是，是否在手机的边框上放置天线，以实现出色的全方位测距性能。
载波聚合和DC
CA和EN-DC频段组合的快速增长加剧了天线的挑战。今天，可实现的聚合包括高、中、低频带的数百种不同组合。既包括各频段的多波段组合(如低-低或中-中聚合)，也包括不同频段的波段组合(如低-中、低-中-高聚合)。此外，每个CC的最大带宽也在增加。4G将载波带宽限制在20 MHz，而5G将最大连续带宽提高到45 MHz(频率低于2300 MHz)和100 MHz(频率高于2300 MHz)。
由于天线总数有限，每个天线可能需要在非常宽的频率范围(600 MHz-5000 MHz)内提供高性能的宽带发射和接收信号。
低-低聚合带来了一些最具挑战性的天线设计问题。手机通常使用手机顶部和底部的两个主天线来支持低频段。这些天线位置最大限度地降低了用户与手机交互降低性能的可能性，因为消费者通常会将手放在手机的两侧，而不是顶部和底部。关键问题是低-低聚合可能需要使用支持低频带传输的第三根天线。这意味着制造商需要在手机中找到更多的空间来放置天线，并确保选定的天线位置在所有使用条件下都能提供足够的性能。
更高的发射功率
PC 2和PC 1.5规范中定义的更高的功率输出会影响智能手机的电池寿命。这也意味着RFFE内部的所有后置功放组件(包括天线调谐器)需要处理更多的功率。这通常意味着使用更大的组件，但是考虑到空间限制，这就成了一个大问题。输出功率的增加也意味着RFFE组件将产生更高水平的寄生信号，因此需要额外注意如何减轻灵敏度降低和RSE问题。
新的设计可以减少天线空间
具有可折叠和可滚动屏幕的新型移动电话的设计带来了一系列天线挑战。手机必须能够在不同的物理状态(卷曲或展开、折叠或打开)下工作，这严重限制了天线的潜在位置，还可能需要使用不同的天线材料。更大的挑战是，设计约束可能意味着天线必须放置在次优位置，这使其性能更容易受到人类交互的影响。天线的接地可能受到影响，从而影响辐射效率。为了确保在所有使用条件下的工作效率，有必要仔细设计和定位天线。
使用软件定义的虚拟按钮而不是机械按钮将带来额外的天线挑战。将这些按钮放在手机底部可以最大限度地提高用户的便利性和屏幕空间，但这也意味着它们可能会干扰过去放置在这个位置的主天线。
谁将率先解决挑战？
如本文所示，下一代移动设备带来了相当多的天线设计和工程问题。那么，谁将率先解决挑战呢？除了克服极其困难的挑战所带来的当之无愧的自豪感之外，赢得创新竞赛的团队将在争取消费者支持的战斗中拥有显著的竞争优势。
QASR能提供什么帮助？
重新构思Qorvo天线解决方案(QASR)在帮助智能手机工程师解决下一代智能手机和其他设备面临的天线挑战方面独一无二。
Qorvo致力于投资能够促进创新和支持手机可持续发展的技术。然而，创新技术本身并不足以解决棘手的射频问题。因此，Qorvo与移动行业紧密合作，帮助工程师解决每个移动设备面临的独特设计问题。Qorvo在帮助制造商将创新解决方案集成到智能手机和其他设备方面拥有丰富的经验，包括：
业界首款天线调谐器有助于在更宽的频段内提高天线效率。
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原标题：重新构思下一代移动设备的天线设计方案。
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