关于5G天线的一些资料 今天查阅了一些资料

今天查阅了一些资料，关于5G终端天线和射频器件做了一些了解。

一、5G手机天线与4G手机天线的区别（转自vivo首席天线专家黄奂衢博士的一些访谈）：

5G的频段分布基本以6 GHz为界，低于6 GHz的5G低频段一般称为sub-6 GHz频段，而高于6 GHz的5G高频段则常称为毫米波(mm-Wave)段。而毫米波段的主要应用场景为上述eMBB中的热点高容量此子场景，而其他前述的场景基本是运用sub-6 GHz的频段。

首先对于5G低频的sub-6 GHz的频段而言(此些新频段主要多是分布在3 GHz与4 GHz上)，此频段的手机天线设计与现今的天线在大概念与方向上并无明显差异，此频段的在5G时代主要面临的是因应更显著的MIMO需求下(如CMCC目前要求的至少4收2发，而未来希望是8收4发)天线数量增多时所带来隔离度(isolation)、封包相关性(Envelope Correlation Coefficient, ECC)、互扰/共存(co-existence)，与天线效率(antenna efficiency)的问题，故此时更为关注的是系统架构与堆叠布局上的优化。

其实，我们可进一步地回顾与展望各移动通信世代下的天线设计演进，从1G (第一代移动通信)到现今到4G (第四代移动通信)，如个人今年(2017年) 6月在深圳的一5G手机技术论坛上演说材料的附图所示(请见下方图2)，个人浅见认为基本上主要是“量的增长”，如：频段数的增加与天线数的增加，但底层本质上与大战略层面上并无太大的改变，主要是战术层级上的架构堆叠与设计技巧的精进与优化，而5G的低频段，即sub-6 GHz频段也是延续这个“量的增长”的方向。

当频率提高而致的更大带宽可造成更高的信道容量，而使得传输速率更快，故如前述的，毫米波段基本是主要应用于eMBB段热点高容量的场景。亦即，毫米波带来的高路损在高速无线传输的需求下，基本是难以回避的硬伤。而为了减低或克服这高频而致的高路损，以维持可接受的通信品质，主要的对策可解构为如下三个可能的方向：

(1) 在软件的协议层级：优化或使用新的通信协议(或编码)，以增高解调的能力与机率﹔

(2) 在硬件的电路层级：提高整个电路(如收发电路)的性能与降低电路的路损，以达到较大的发射功率、较优的接收灵敏度，与较佳的解调能力﹔

(3) 在硬件的天线层级：形成较高增益的天线，以克服上述的高路损，维持可解调的接收功率。

在上述主要的三个可能方向下，设计高增益的天线，基本是相对较直接易行且同时较具明显提升的方法，且在为了提升传输速率而升高工作频率下，同时也会使得天线尺寸的缩小。而在天线效率相近下，高增益便隐含着高方向性(directivity)，亦即较窄的主波束宽(beamwidth)，即较窄的无线通信覆盖范围(coverage)。然而，在无线终端设备的移动通信应用需求下，狭窄的无线通信覆盖范围，往往无法达到好的用户体验，故在高增益的前提下，尚必须辅以波束扫描(beam scanning)或波束赋形(beam forming)的技术，以达到在覆盖范围与通信距离上两者都有较好的用户无线体验。而此毫米波段的波束扫描或波束赋形的天线阵列，在设计概念与方向上相较以往或现今的手机天线设计，则是为“质的跳跃”，也就是从个别的天线设计，转变为天线阵列的设计5g天线技术，并且是具有波束扫描或波束赋形能力的天线阵列。

目前在应用在手机内较为看好(promising)且相对成熟的方法主要是相控天线阵列(phased antenna array)。

而目前主要的相控阵中天线与射频芯片／模块的架构基本可分为三种：

(1) 外部式(external)，或称AoB (Antenna on Board), 即天线与射频芯片／模块为独立两部分，设计与布局的主要方向与思维与现今类似。

(2) 封装式(packaged), 或称AiP (Antenna in Package), 即天线与射频芯片在同一封装内。而IEEE Fellow陈志宁教授有相关专利(如：US 7,504,721 B2与US 2006/ 0276157 A1) 在此种架构上。

(3)模组式(modularized), 即射频芯片／模块与天线阵列原各为一模块，但经由相关的焊接工艺，新结合成为一射频天线模组。

回到原问题并基于以上所述，对天线厂商而言，在5G的低频段，即sub-6 GHz频段，主要的挑战(但个人认为未必会成为“瓶颈”)是天线数量增多时所带来隔离度、封包相关性、互扰/共存，与天线效率的问题，此时更关注的是系统架构与堆叠布局上的优化。而在5G的毫米波频段，硬件能力的储备需求(但同样地未必是瓶颈)主要(但不限于)是：

(1) 毫米波天线阵列相关设计的能力﹔

(2) 相对应的材料(如：基板及涂料)选择与验证的能力﹔

(3) 与系统外观及结构环境整合及优化的能力﹔

(4) 实验室与产线测试的能力﹔

(5) 相关制程实现工艺(包含模组与封装)的能力﹔

此外，在软件能力储备方面，毫米波天线阵列波束扫描与赋形的客制化算法，或许也是天线厂家进一步自我增值提升与加分的一站式服务的亮点与卖点 。

二、5G新应用需求的出现，势必带动PCB的供应量，那对PCB会有哪些新的要求和新的机会？（同样转自黄博士访谈）

对于手机等的移动终端设备，5G sub-6 GHz频段基本不会有新型PCB板材的需求。然而，在基站侧，对PCB板材在thermal（功率抬升，造成功放性能要求提高）特性关注度一般会高于终端侧，而这可能是PCB在5G sub-6 GHz的新需求与新机会。另外，在5G高频段，即毫米波段方面，对PCB板材也会有性新需求。

三、LCP材料的应用

面对更高频率、更高集成度、更宽带宽时，天线板材要求有更低的Dk、Df需求，对于板层间的物理厚度也有一定要求。

传统FPC 电路板基材主要是聚酰亚胺（PI），而“LCP 天线”是采用LCP 作为基材的FPC电路板。LCP 材质具有低介电常数(Dk=2.9)、低介电损耗(Df=0.001-0.002)的特质，更适用于高频信号传输。

除具备高频信号传输的优异电气特性外，LCP 同时也具备低吸湿性(吸湿率约为0.01-0.02%，只有一般PI 基材的1/10)而使其具有良好的基板高可靠性，过去一段时间行业内认为LCP 有机会取代PI，直到近来iPhone X 上对于高频低损耗传输的需求浮现，LCP 成为软板基材的呼声再起。

液晶聚合物(LCP)是一种新型热塑性有机材料，可在保证较高可靠性的前提下实现高频高速软板。LCP具有优异的电学特征：（1）在高达110GHz的全部射频范围几乎能保持恒定的介电常数，一致性好；（2）正切损耗非常小，仅为0.002，即使在110 GHz时也只增加到0.0045，非常适合毫米波应用；（3）热膨胀特性非常小，可作为理想的高频封装材料。目前LCP主要应用在高频电路基板、COF基板、多层板、IC封装、u-BGA、高频连接器、天线、扬声器基板等领域。

iPhone X首度规模使用LCP软板意义重大，可解读为苹果为5G提前布局与验证；随着高频高速应用趋势的兴起，LCP将替代PI成为新的软板工艺。多层 LCP 天线非常适用于高频段，有望成为手机天线的主要发展趋势。iPhone X的单根LCP天线价值约为4-5美元，两根合计8-10美元，而iPhone7的独立PI天线单机价值约为0.4美元，从PI天线到LCP天线单机价值提升约20倍。

四、5G频段演进

根据5G发展路线图，未来通信频率将分两个阶段进行提升。第一阶段的目标是在2020年前将通信频率提升到6GHz，第二阶段的目标是在2020年后进一步提升到30-60GHz。

当前NSA下5G频段是2.6GHz的100M，后续SA下会应用4.9GHz的100M带宽。但都是在sub-6下，并非毫米波。预计明年应该也不会使用毫米波。

从上述专业人士的访谈来看，Sub-6 GHz频段下，5G天线基本上主要是“量的增长”，如：频段数的增加与天线数（2*2到4*4）的增加，但底层本质上与大战略层面上并无太大的改变，只有到毫米波情况下，5G天线才会有质的变化。对天线材料和软硬件（特别是软件）储备要求较高。结合频段演进，也就是说明年内5G天线仍然是以传统生产为主，利润估算仍然要以原有利润率为依据。

今天信维通信和硕贝德都受华为产业链消息大涨，好股不怕晚，还是要分析的透彻一点才行。后续还要对比看看信维和硕贝德的财务数据。

（编辑：南平站长网）

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