Vivo首席天線專家黃奐衢博士談5G手機天線設計

作者：深圳市連接器行業協會

演講嘉賓簡介：

黃奐衢博士畢業於台灣大學電信工程研究所電波組 (天線設計領域) ，曾於美國加州大學洛杉磯分校 (UCLA) 進行博士研究，現為國際IEEE天線學術期刊 (AWPL) 審稿委員。迄今從事高端智能手機及平板天線研發與設計12年，曾任職多家全球智能手機領先企業，如: HTC/ Nokia/ Huawei/ Apple 等，目前有約35篇的海內外 (美國/ 歐洲/ 日本/ 德國/ 台灣/ 大陸) 的天線專利、60次的公司內外培訓與演講，與11篇IEEE的天線研究文章。目前服務於vivo，擔任首席天線專家，負責前沿天線技術的研究與開發。此外，黃博士亦為中華區兩岸三地第一位美國項目管理協會 (PMI) 的7證持證者 (PMP/ PgMP/ PfMP/ ACP/ PBA/ RMP/ SP)。

「以天為線，謂之天線：天為無形之線，線為無盡之天，線為天，天為線，無拘無束，無窮無遠！」

在今年9月19日在深圳剛結束的5G通信及互連技術專題論壇上，來自vivo維沃移動通信有限公司的首席天線專家黃奐衢博士，用上方這段饒富詩意與哲思的優美文句，極為形象、生動，與別出心裁地開始了這天題為「5G手機天線設計簡介」精彩而深刻的專業演講。

vivo維沃移動通信有限公司 首席天線專家 黃奐衢 博士針對5G手機天線設計發表演講

黃博士首先介紹了天線的基本概念，並指出天線是一過渡元件(transitioncomponent)，其擔負著板端與自由空間端間電磁能量平滑有效率進行收發傳遞的功用，且天線在無線通信鏈上，其是發射的最後一級，但卻又是接收的第一級，即其同時身兼前鋒與後衛的角色，故其在無線通信鏈路上的關鍵地位不言而喻，而相對於其他被動元件，天線因其特殊性、豐富性，與重要性，故在國際電機電子工程師學會（IEEE）單獨成立一學門(society)，即APS(Antenna and Propagation Society)。

對於無線通訊設備來說，天線對此些設備起的作用，相當於眼睛和耳朵之於人類。性能低下的天線常常造成高掉話率與更短的通訊距離，好比因近視和弱聽造成人類較短的視力距離和較差的聽力品質。而黃博士通過引用美國ULCA的Yahya Rahmat-Samii教授文章中的比喻，再次非常形象化地說明天線工程師就是天線設計師，就是藝術家，黃奐衢博士說：作為藝術家，梵高用畫一支支的彩筆與一張張的畫布來作出一幅幅深邃且撼人的曠世傑作；而天線設計師則是用一根根的天線與一方方的天空，揮灑出一幅幅無形卻絢麗的輻射方向圖(radiation pattern)! 所以天線工程師就是電氣的藝術家！

vivo維沃移動通信有限公司 首席天線專家 黃奐衢 博士闡述天線的意涵

且黃博士分別梳理了國際電信聯盟(ITU)以及中國IMT-2020推進組對5G的理解與詮釋，而所謂的5G，也就是第五代移動通信，基本是圍繞著三個主要應用場景：即增強的移動寬頻(eMBB)、海量的機器式通信(mMTC)，與超高可靠性低延時通信(uRLLC)。而其中增強移動寬頻此場景又細分為連續廣域覆蓋與熱點高容量此兩子場景。若簡單快速地認識5G主要技術的要求，對應前述的三大場景基本就是傳輸速率≧ 1 Gbps、時延≦ 1 ms，與每平方公里的機器連接數≧ 1百萬個。而5G的頻段基本分布基本以6 GHz為界，低於6GHz一般稱之sub-6 GHz頻段，而高於6 GHz則常稱之毫米波(mm-Wave)段。

其中，毫米波段的主應用場景為前述eMBB中熱點高容量此場景，而上述其他場景主要基本都是利用sub-6 GHz的頻段。基於此兩不同頻段下場景需求與電磁行為的不同，對應的天線設計便也有顯著不同的考量與方向。在sub-6 GHz頻段下的天線設計與現今的天線設計基本差異不大，主要是要面對在因應5G更顯著的MIMO需求時天線數量增多下所帶來的隔離度、封包相關性(ECC)、互擾共存，與天線效率的問題，而此時更為關注的是系統架構與堆疊布局的優化。然而在毫米波頻段，天線設計主要是往天線陣列發展，對於移動終端，則更是為可波束成形的天線陣列，以到達更優的無線連接與覆蓋，及較好的用戶無線體驗。而毫米波陣列天線與射頻晶元/模塊間的架構，一般可分為三類，即：外部式(external)/或稱AoB(Antenna on Board) 、封裝式(packaged)/或AiP(Antenna in Package)，與模組式(modularized),此三類各有不同的優缺點與適用場合。而值得注意的是，在毫米波段下，檢驗射頻相關的性能一般不用傳統的傳導測試(conducted test)，而改經由空口(Over-the-Air, OTA)的方式直接量測，亦即在天線與射頻晶元/模塊間基本已去除射頻座與同軸線。

vivo維沃移動通信有限公司 首席天線專家 黃奐衢 博士講解5G毫米波段

此外，黃奐衢博士進一步回顧與展望了各通信時代下手機天線設計的演進，黃博士認為從1G（第一代移動通信）到現今的4G(第四代移動通信）手機，對天線設計而言，基本上主要是「量的增長」,如頻段數的增加與天線數的增加，但底層本質上並無太大的變化；然而從4G到5G的毫米波段，卻是「質的跳躍」，也就是從個別天線設計，轉成天線陣列的設計，且還是可波束成形的天線陣列。在此之下，黃博士也對比了各世代軟體與硬體對天線設計的貢獻與影響，而到5G毫米波天線陣列設計時，軟體演算法的好壞，會直接影響波束成形的性能優劣，也就是軟體對於天線設計的貢獻與影響在毫米波時代，會明顯上升。最後，黃博士也提到常用於現今手機設計的CMF(Color, Material, and Finishing) 在材料電氣參數不突變下,基本都可應用於5G sub-6 GHz新頻段的設計上，因為此些新頻段大部分主要分布於2.69 GHz(現今常用的LTE B7與LTE B41)與5.15 GHz (WiFi 11a)之間，甚至部分的新頻段與現今日本商用的LTE B42重疊，故此些CMF與天線間的相互影響已相對較好地驗證過。然而，對於毫米波段，黃奐衢博士則提醒，因電磁行為與sub-6 GHz頻段的顯著差異，故目前所用的CMF仍需重新經過相關的檢視與驗證，甚至需要優化相關CMF的厚度及與毫米波天線陣列的間距，以達到更優的輻射性能與用戶體驗。

vivo 首席天線專家 黃奐衢 博士對比各通信世代下軟體與硬體對天線設計的貢獻及影響

關於電子創新網

電子創新網及時發布有關創新設計的最新全球半導體產業信息、半導體供應商最新動態、展會研討會信息、技術趨勢信息以及人物訪談等相關新聞，關注公眾號獲取更多資訊。

掃描二維碼，關注更多精彩

【推介】

以「新互聯、新智造、新未來」為主題的2017第三屆中國（廣東）國際「互聯網+」博覽會定於今年10月12-15日在廣東（潭洲）國際會展中心舉行，將設立智能製造、互聯網+前沿技術、智慧城市、互聯網+金融、電子商務、創新創業和智能家居生活七大主題展區，並全力引進虛擬現實和無人機板塊，加大國際企業參與度。本屆博覽會有眾多知名企業參展，是學習了解新技術的最好機會。我們電子創新網與主辦方合作組團去看展，歡迎報名！

「CeBIT中國工程師參觀團」分為三個主題，每個團25人，初步主題定為 ：

1、大數據

2、人工智慧和雲 3、通信

加入後專享福利

1、報名即有驚喜禮物

2、組團看展，有展商專人介紹新技術和展品

3、加入參觀團，認識更多同道、新朋友

4、提供午餐

席位有限早到早得，歡迎報名！點擊閱讀原文鏈接直接報名

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！