有一種說法是，每一款最終出現在我們面前的智能機都是妥協的產物。當然，換個角度我們也可以用平衡這個詞。現階段來說，平衡主要作用于設計與功能。更強的拍攝系統與突出的攝像頭，更輕薄的機身與更持久的續航，現階段都是不可解決的矛盾。

如何取舍，便是平衡的藝術。

顯然，消費者與廠商對智能機的愿景總是會領先于實際，由此引發的關于平衡的問題，不僅會存在于智能機發展的過去，存在于現在，更會存在于未來。

5G時代的舍與得

美國夏威夷時間12月4日－6日，高通于夏威夷正式召開第三屆驍龍技術峰會。雖然有驍龍855處理器的初登場，但我們都知道，本次峰會的主題，是5G。

5G時代，真的快要來了。

此前，華為與三星均預計將在2020年實現5G網絡的商用。國內方面，包括中國移動、聯通、電信在內的三大運營商均表示將在2020年實現5G網絡的正式商用。而韓國運營商則更為激進，已經于近日正式推出5G網絡運營服務。據悉，韓國的5G網絡將首先提供給企業使用。

5G更高的傳輸速率與更低的延遲將改變人們的生活方式，為物聯網的普及奠定基礎，打開AI生活的大門。看起來，5G時代盡是好事。然而你是否想過，5G時代的智能機，也許會比現在丑得多？

沒錯，這又是一個設計與功能的取舍問題。而這一次的主角，是天線。

天線設計的難點

說起天線，想必大家都不陌生，但說起智能機中的天線，也許很多人就不知道了。如今智能機中的天線，是機身內部的一根根小金屬片。移動數據需要天線，藍牙功能需要天線、GPS也需要天線。只要涉及到信號傳輸，就需要天線。

不同天線的長度并不相同。這主要涉及到信號的頻段與波長。頻段越高，波長越短，天線也就越短（大概為波長的1／4）。

那么，問題也就來了。

就國內來說，5G一共分有低頻與高頻兩個頻段。低頻頻段為3～5Ghz，和現在4G頻段相差不多，天線可以沿用當下的設計。但是，為了滿足5G的傳輸速率要求，就必須提高天線的數量。

MIMO（多輸入多輸出）多天線技術就此登場。

MIMO技術理解起來也很簡單，1x1 MIMO就是1根發射天線與1根接收天線，4x4 MIMO就是4根發射天線與4根接收天線。相比來說，4x4 MIMO在傳輸速率上肯定是遙遙領先于1x1 MIMO的。畢竟，四車道肯定比一車道運輸量更大。

4x4 MIMO示意圖

低頻頻段使用MIMO多天線技術就能夠解決問題，但在高頻頻段卻遠遠不行。如上文所說，頻率越高，波長越短。在5G高頻頻段，通信波長只有10mm左右（毫米波）。物理學告訴我們，波長越短，傳輸衰減就越大。

5G創業公司Movindi的研發人員表示，手指、人臉在5G毫米波天線前會產生“臨近效應”。不僅會導致信號下降，甚至可能會直接屏蔽信號，死亡之握的概率大大提升。

但是，更大的挑戰還在后面。

如今流行的全面屏設計將會成為5G時代天線設計的最大挑戰。同許多人想的并不一樣，全面屏設計中最難的并不是屏幕設計，而是天線設計。一般來說，手機中的天線是360°全方位輻射的，因此在其附近的一定范圍內是要避免出現金屬的，這個范圍就是“凈空區”。

過往天線的凈空區往往放在“下巴”上。然而，全面屏設計大大壓縮了“下巴”的面積，一整塊具有金屬材質的屏幕完全遮住了手機的正面，這就對天線的設計提出了非常非常高的要求。

具體來說，由于5G毫米波非常短，來自金屬的干擾會更加嚴重，至少需要1．5mm的凈空區。而5G手機被人手和人臉遮擋時，信號會開始尋找最低誤碼率頻段。所以在設計5G終端時候，天線安裝的位置一開始就要合適，使其易于尋找最合適的頻段。

除了接收性能外，還需考慮空間覆蓋度與散熱的問題。越廣的空間覆蓋度越有利于用戶的無線體驗，但越廣的空間覆蓋度，往往要犧牲手機外觀設計。此外，為防止散熱不當對天線系統造成損壞，在整機設計時也要注重材質的把控。

綜合來看，由5G天線設計帶來的挑戰，很可能會迫使廠商拋棄掉金屬材質后蓋，更改機身的形狀和尺寸。如果你對此沒有直觀的印象，那么看看moto Z3最新的5G模塊，就會有答案了。

解決方法－天線陣列

高難度天線設計并不意味著5G時代的智能機一定會變丑。可以說，5G時代智能機市場可能會迎來新一輪洗牌，真正具有實力的廠商將會脫穎而出，繼續為消費者帶來顏值與功能俱佳的產品。

事實上，5G天線設計困難重重，但不是沒有解決方案。目前，業內普遍看好天線陣列（多天線單元）設計，即將許多相同的單天線按照一定的規律排列組成的天線系統。

當下5G毫米波天線陣列一般是基于相控陣的方式，具體實現方式又可以分為AoB （Antenna on Board，即天線陣列位于系統主板上）、AiP （Antenna in Package，即天線陣列位于芯片的封裝內），與AiM （Antenna in Module，即天線陣列與RFIC形成一模組）三種。目前AiM方式為業界普遍接受。

AiM的毫米波天線陣列為了實現更廣的空間覆蓋，一般會以輻射波束互補（如broadside radiation，即寬邊輻射，與end－fire radiation，即端射）的天線種類（如patch antenna，即貼片天線，與Quasi－Yagi antenna，即準八木天線）進行搭配設計，并基于天線饋點的適當設計，以達到雙極化（垂直與水平極化）的覆蓋，從而大幅改善毫米波信號的范圍和覆蓋率。

同時，通過在不同位置設置多個毫米波天線陣列，如多個AiM模組，適時切換到其他波束，以避免智能機被外物覆蓋（如手）時，可能會出現的單個陣列性能受影響的情況。

多天線陣列的切換，還可能會帶來另一個問題。性能較弱的天線陣列切換到性能較強的天線陣列的間隙，可能會漏失大量數據，而造成用戶連接體驗的顯著下降。基于此，是否切換天線陣列，如何縮短切換天線陣列的時間，需要硬件工程師與軟件工程師協同合作，更能考驗廠商的功底。

高通QTM052毫米波天線模組

另外，小尺寸相控天線陣設計，有助于減少5G天線對內部空間和天線凈空區的需求，從而實現更加緊湊的機身設計和更高占比的屏幕。高通于今年10月發布的QTM052毫米波天線模組在上代的基礎上縮小25％，進一步減少了5G天線對手機空間的占用。

值得欣慰的是，在今年12月4日舉行的第三屆驍龍技術峰會上，高通展出的5G原型機相比先前的技術展示機型已經有了相當大的進步，從外形來看，它已經和當下主流的全面屏手機沒有太大的差異，等到5G正式落地還有一段時間，這令人對5G時代的手機設計又多了一分期待。

總結

5G時代是全新的時代，不僅是天線設計，基于5G的網絡布局，基于5G的生態鏈，基于5G的應用場景，均對智能機廠商提出了新的挑戰。好在，挑戰也是機遇。5G時代，真正具有能力的廠商必將脫穎而出，在新時代，實現新的飛躍。