5G两个阶段:小5G(Sub-6G)和毫米波手机


5G (Fifth-Generation)就是第五代移动通信技术。


2017年12月,5G非独立组网5G标准发布;2018年6月,独立组网5G标准发布,这个是可以建设的标准;


2018年12月,late drop版本;2019年12月,最终版本发布。因此有两个发展阶段:


2.6Ghz-3.5G和4.9Ghz非独立组网,毫米波段27.5Ghz/37-42.5Ghz.独立组网。目前,在芯片和射频集成领域,高通公司领先,推出了毫米波射频模组:


高通QTM052 毫米波天线模组系列和高通QPM56xx 6GHz 以下射频模组系列可与Qualcomm骁龙X50 5G 调制解调器配合,共同提供从调制解调器到天线(modem-to-antenna)且跨频段的多项功能。并且,它支持更小的封装尺寸,更适合集成在手机一类的移动终端。



电波在介质中传输损耗与材质关系


5G信号在介质(塑胶、电路板等)中传输,会带来信号损耗其关系是


计算举例:


频率由2.4Ghz提升50%=3.6Ghz,损耗也增加50%,比如原来损耗2db,损耗变3db,wifi信号5.8Ghz,则损耗相比2.4Ghz时时,提升2.4倍,毫米波28Ghz,则比2.4Ghz,增加损耗11.7倍,需要材料介电损耗低于一个数量级,降低10倍,由0.3%变为0.03%。


因此超低损耗天线基材会成为“独立材料”进入5G产业领域,电磁损耗在万分之5内的材料不多,LCP、PI都要再改性才行!


Sub6G之5G天线在手机中布置最佳模式


MIMO多组布置在手机中不同方位,对称布置。


8X8 MIMO天线


5G天线结构依赖整机CMF设计,一种可能模式是:


玻璃包边,金属边框内缩,天线已经不直接做在金属边框上了。钛铝合金或者镁铝合金包塑胶边框做结构支撑;天线分布在塑胶上。


唯一问题:塑胶+合金,在塑胶上制造天线,金属不会被腐蚀,如何保障良率?这个问题已经解决,且组装多组天线会便利,相比其他方案权衡,不会上扬成本。有制造结构件企业在与微航合作中。


其验证流程是:采用5G塑胶:低介电系数(2.4)和超低损耗(万分之几)塑胶与镁铝或者钛铝合金注塑后,给微航在塑胶部分制造天线。统计良率是否95%以上。




钛铝合金包塑胶注塑,天线制造在塑胶上,呈3D构型。


5G手机主要结构和天线布局


多种材质混合使用构成了5G毫米波段天线


毫米波段天线与Sub-6G之MIMO天线有重大区别。5G手机复杂度在于:MIMO天线与毫米波天线是共生的存在下去。下面讲述下金属边框和非金属边框5G天线



金属边框手机+毫米波天线方案

金属边框开槽孔穿越毫米波,孔内填充塑胶,后盖布设其他低频天线




钛铝合金包塑胶边,在塑胶上制造3D天线




超低损耗、低介电系数材质介绍


超低损耗:损耗在万分之6内,介电系数2.2以内


材料牌号V55改性PPE:介电系数2.2,损耗0.0006      注塑原料     用于sub-6G


材料牌号V562改性PP:介电系数1.03,损耗0.0001,厚度0.16cm,0.32cm,0.64cm,发泡材料


材料牌号V574改性PP:介电系数1.06,损耗0.0001,(同上)


毫米波之传输线,优选V562和V574制造成共面波导或者扁平线缆



不同材料损耗因子对比,毫米波段最佳材料是发泡PI或者PP,Sub-6G最佳材料是LCP或者改性PI。


总之,5G终端相比4G。除开增加了芯片外,一个重要变化是天线载体变了,一个便利组装和提升射频性能的结构是:

镁铝合金或者钛铝合金制造的结构件,包塑胶边注塑成型,再在其上制造天线。这种塑胶V55改性PPE是一种超低损耗塑胶,在其上制造天线。需要解决金属抗腐蚀难题(已经解决)。


作者:微航磁电  周红卫

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