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手机全面屏时代来临 Qorvo五大方向解困天线设计难题

C114 中字

9月25日消息,从三星盖乐世S8到小米Max2,再到iPhone X、vivoX20、华为麦芒6……越来越多的主流厂商开始加入全面屏的阵营。在手机厂商越来越追逐屏占比的时候,对手机内部的设计也带来了困难和挑战。

日前,Qorvo中国区移动产品事业部销售总监Locker Jiang在接受媒体采访时表示,现在市场上的“全面屏手机”其实还不是理想中的全面屏手机,后期可能还会有屏占比更高的情况出现,这样的情况下,对天线射频方面是一个非常大的挑战。

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全面屏背后的挑战

从字面意思上来解释,“全面屏”就是手机的正面全部都是屏幕,并且拥有接近100%的屏占比,四个边框都是采用无边框设计的手机。但实际上受限于目前的技术,暂时只是超高屏占比(18:9)的手机,没有能做到手机正面屏占比100%的手机。

但是无论哪种“全面屏”手机都在挤压手机其他部件的物理空间。“全面屏会导致很多关于天线设计方面的问题,还包括设计信号变弱的一些问题。”在手机天线射频上来看,有很多环节,从平台、收发器、电源管理,再到PA,通过触摸、开关,最终是天线口出来的TRP(Total Radiated Power),就是整体发射功率,都有相关的标准设定。

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一般来说,天线是围绕着手机外框部分来说的,上面一个主天线,下面一个从天线。“影响天线最大性能的部分就在于给天线留下多少空间”,Locker 进一步解释称,“天线空间如果大,它覆盖的频段也好、效率也好,本身的性能也就更好一些。但是全面屏挤占了天线的空间,挤压的结果使得天线效率变差,最终影响了 TRP(Total Radiated Power)也就是天线的整体发射功率。”TRP 的标准是由运营商规定,频段都有规定的数值,必须做到规定的TRP才能够通过场测,满足供应商的要求。

传统智能手机的屏占比是16:9,最终给天线留下来的净空在7-9毫米之间,到18:9的时候,留给天线的空间大概只有3-5毫米,甚至更窄。Locker 称,这将考验每一个天线厂商的工艺水平,力求将智能手机屏幕的上下留出的空间做的越窄越好,否则天线部分的损耗是比较大的。

另外就是效率和频段,空间变小之后,电线的效率在变差。还有频段问题,往往天线越长,它就能够覆盖越低的频段,所以天线的空间受挤压后,最大的影响是低频。从16:9到18:9,TRP的数值也在下降。

还有一个即将要面临的问题,就是现在的智能手机对MIMO、更多 CA的需求越来越大。还有将来要满足5G的需求以及低频600兆的需求,这些因素使得手机内部的天线个数还要增加,那么全面屏可能要四到七个天线了,天线数量在增加,但留给天线的空间还小,这些都是挑战。

五大方向解困天线设计难题

Locker Jiang 表示可以从五大方向来解决全面屏带来的天线设计难题。第一是开源的方式,提高PA 的功率,如果PA 的功率大,即便被吸收掉一些,最终释放出去的还是多的。第二就是ET 或者boost 的方式,通过把电压升高以提升PA 的功率。他进一步指出,如果把整个电路的功率提高,对滤波器、双工器也有特别的要求,需要支持更高功率的High Power Filter。还有就是利用Impedance Tuner(阻抗调谐)和Aperture Tuner(天线调谐)的方式,帮助提高天线的效率。

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Qorvo从五大方向着手研发了相应的产品。首先,Qorvo有专门提供高功率的PA。“我们的PA比传统的PA更好,已经在很多的客户使用,包括下一代的57508以及下一代的TX模块,这些都使用我们最新的HBT5的GaAs的技术,使得整个PA的效率,输出功率更高,57508可以提高0.5到1个db 2G 的power。”

其次,就是用boost把电压升高。Qorvo也提供了专门的产品——81050,它能给给整个链路使用。“当然我们还提供像QM77031/33这种,第六代的集成化的模块,可以在insertion loss部分变得更小,功率部分还可以提供更好的功率的表现。”Locker Jiang强调。

功率提高之后,对滤波器提出更高的要求的。传统的声表面滤波器的功率处理很低,一般只有29dbm,现在很多很多厂商提出30、31dbm甚至是更高的要求, Qorvo的BAW滤波器有很多优势,比如其整个多层的向下散热,比 FBAR散热还要好。

“智能手机全面屏时代的到来,虽然对Qorvo这样的射频厂商提出更多的挑战,同时也是创造了更多的机会。”Locker Jiang指出,未来智能手机将需要更高功率的 PA,需要额外的ET,需要更高功率的滤波器,需要更多的ACS tuner。RF前端元件的数量变得越来越多,对Qorvo来说是一种利好。“此外,对于Qorvo来说,更愿意看到全面屏的到来,希望抓住市场机会,为智能手机厂商提供更多更好的解决方案。”

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