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vivo首席天线专家黄奂衢博士,剖析全面屏手机天线设计

作者: 51Touch     时间:2017-10-24     源于:中国亿万先生网    总点击:
【导读】:2017年10月19日,由中国通信工业协会3D曲面玻璃分会/ 广东省触控及应用产业协会/ 中瑞会展/ 中新材会展在深圳所共同举办的“3D曲面玻璃 & 全面屏手机高峰会”上,vivo首席天线专家黄奂衢博士应邀针对《全面屏手机天线设计简介》进行演讲。
vivo首席天线专家黄奂衢博士 剖析全面屏手机天线设计
vivo首席天线专家黄奂衢博士 剖析全面屏手机天线设计
台湾大学电信工程研究所电波组 (天线设计领域) 博士,曾于美国加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 进行博士研究,现为国际IEEE天线学术期刊 (AWPL) 审稿委员。迄今从事高端智能手机及平板天线研发与设计12年,曾任职多家全球智能手机领先企业,如: HTC/ Nokia/ Huawei/ Apple 等,目前有约35篇的海内外 (美国/ 欧洲/ 日本/ 德国/ 台湾/ 大陆) 的天线专利、64次的公司内外培训与演讲,与11篇IEEE的天线研究文章。目前服务于vivo,担任首席天线专家,负责前沿天线技术的研究与开发。此外,亦为中华区两岸四地第1位美国项目管理学会 (PMI) 的7证获证者 (PMP/ PgMP/ PfMP/ PBA/ ACP/ RMP/ SP)。 2017年10月19日,由中国通信工业协会3D曲面玻璃分会/ 广东省触控及应用产业协会/ 中瑞会展/ 中新材会展在深圳所共同举办的“3D曲面玻璃 & 全面屏手机高峰会”上,vivo首席天线专家黄奂衢博士应邀针对《全面屏手机天线设计简介》进行演讲。此次是黄奂衢博士继今年9月23日同样是在深圳举行的一“手机全面屏技术发展论坛”上领跑手机相关业界首次从整机系统设计角度发表《全面屏手机天线设计简介》的演说后,回响热烈、佳评踊跃,黄博士再次受邀对此主题向全场超过740位的参会嘉宾进行演说。
vivo首席天线专家 黄奂衢 博士再次受邀针对《全面屏手机天线设计简介》发表演讲
vivo首席天线专家 黄奂衢 博士再次受邀针对《全面屏手机天线设计简介》发表演讲
“天线、天线,以天为线,谓之天线:天为无形之线,线为无尽之天,天为线,线为天,无拘无束,无穷无远!”
黄奂衢博士别开生面地以上方这段极其优美且饶富诗意及哲思的文句,为此次精彩与专业的演讲进行了新颖、生动、形象,且深具启发性的开场和破题,充分地展现出黄博士对天线出众超群的理解高度、深度,与广度,顿时间,便使全场 740多位的嘉宾聚睛竖耳、凝神贯注。
在场嘉宾专注凝听 vivo首席天线专家 黄奂衢 博士发表演讲
在场嘉宾专注凝听 vivo首席天线专家 黄奂衢 博士发表演讲
黄博士首先对天线的基本概念进行介绍,黄博士指出天线的基本性质是一电磁能量传递的过渡元件(transition component),其主要功用是对板端与自由空间端间的电磁能量进行平滑有效率地(efficiently)收发传递与传播,亦即起到阻抗渐变的桥接(bridging)作用。而天线在无线通信链上,其为发射链路的最后一级,但却又是接收链路的第一级,即其同时身兼前锋及后卫的角色,故天线在无线通信链路上的占据着极为关键的要塞关口地位与高度。相较于其他被动(passive)元件,因天线的特殊性、丰富性,与关键性,故在国际电机电子亿万先生学会(IEEE)中,天线此元件便单独成立一学门(society),即APS (Antenna and Propagation Society)。而黄博士也表示,天线之于无线通信设备,犹如眼耳至于人类,天线性能的低下往往会造成高的掉话率与短的无线通信距离,好比眼耳因近视或弱听造成人类较模糊或较短距的视力与听力品质。
vivo首席天线专家 黄奂衢 博士为此次专业与精彩的演讲进行别开生面的开场与破题
vivo首席天线专家 黄奂衢 博士为此次专业与精彩的演讲进行别开生面的开场与破题
此外,黄博士通过引用美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)教授同时也是APS前主席Yahya Rahmat-Samii的文章而非常鲜活且形象地提出,天线亿万先生(engineers)就是天线设计师(designers),更是艺术家(artists)!因为作为艺术家,梵高用其一支支的彩笔与一张张的画布,涂绘出一幅幅动人心神的旷世巨作;而天线设计师则是用一根根的天线与一方方的天空,挥洒出一道道无形却绚丽的辐射方向图(radiation pattern),所以天线亿万先生就是电气的艺术家!
vivo首席天线专家黄奂衢博士引用UCLA Yahya Rahmat-Samii教授文章提出天线设计师即艺术家
vivo首席天线专家黄奂衢博士引用UCLA Yahya Rahmat-Samii教授文章提出天线设计师即艺术家
 在别出心裁且精彩生动地讲述天线的概念后,黄博士进入了更为技术性的分析部分,黄博士表示“所谓天线性能的好坏,在且不论及辐射方向图 (radiation pattern) 时,基本可用天线的效率来评判,亦即在指定的带宽与场景下,若能达到要求的天线效率,便是性能好的天线(但这不意味着天线的尺寸是最优的)”,且黄博士提出影响天线性能主要的四个大维度,即﹕材料(material)维度、结构(material)维度、电气(electrical)维度,与环境(environmental)维度。而黄博士进一歩比较传统手机和全面屏手机在此四个大维度上的差别,并提点出全面屏手机在结构维度上,可摆放天线的位置(即placement)更受限了,且天线距邻近金属结构与物件更近了,而天线的净空区(clearance area)也缩小了;而在环境此维度上,也较以往更为严峻,因此时屏更靠近天线,而屏对天线效率有吸收的劣化作用。故基于上述两维度的分析,为了达到或维持合格的空口(Over-the-Air, OTA)性能以达良好的用户无线体验,在电气此维度上便需做更高(more demanding)的要求,如﹕天线设计能力的提升、新天线制程与实现工艺的开发和导入、数目更多/ 功能更强/ 性能更优的电调谐器件的使用、更好的传导性能(conducted performance)(如:更高的传导发射功率,或如HPUE (High-Power UE),与更好的传导灵敏度),及更低的器件和路径损耗等。
vivo首席天线专家 黄奂衢 博士对比传统手机与全面屏手机在影响天线性能四大维度上的差异
vivo首席天线专家 黄奂衢 博士对比传统手机与全面屏手机在影响天线性能四大维度上的差异
黄奂衢博士再更深一层地双向系统性详细剖析天线与屏两者的关系,而黄博士表示屏对天线的常见影响或风险主要大项有﹕效率的降低(如前述原因)、电子噪声干扰(de-sense) (主要是因高速数位信号中的高频谐波能量耦合入天线),与用户体验的劣化(因来自更受限的天线摆放位置);反之,天线对屏潜在的影响风险则主要来自于因天线发射功率而造成屏可能的误动作(malfunction),即EMI的现象,尤其是在发射天线(尤其是cellular的发射天线)与屏之间的距离愈来愈近时。对于前述各风险,黄博士也一一做出细致且系统性的建议对策。
此外,黄奂衢博士也对现今三大全面屏手机的主流类型,即﹕三边无边框类型(如:Sharp Aquos Crystal 305SH与小米 mix)、上下窄边区类型(如:Samsung S8与LG V30),与上方刘海(异形切割)类型(如:Sharp Aquos S2与 Apple iPhone X),进行各自类型内不同厂家类似机型的天线相关设计对比;此外,黄博士还在时间轴上纵向对比了同厂家相同或类似类型前后世代机型的天线相关设计,如:2016年的小米Mix与2017年的小米Mix 2,及2016年的Samsung S7与2017年的Samsung S8;更进一步地,黄博士再进行同样于2017年发布的三种上述类型代表机种,即:小米Mix 2、Samsung S8,与Sharp Aquos S2,的横向跨类型对比。故经由黄博士前述三种不同角度与维度的强逻辑性与系统性分析,使参会嘉宾快速且清晰地理解与掌握了不同类型与不同世代全面屏手机天线的相关设计。
vivo首席天线专家 黄奂衢 博士双向系统性地详细剖析天线与屏两者间的关系
vivo首席天线专家 黄奂衢 博士双向系统性地详细剖析天线与屏两者间的关系
 在回顾过往传统手机与对比现今全面屏手机的天线相关设计后,黄奂衢博士也更往上一层站在更高的高度对全面屏手机天线设计的未来可能发展方向与潜在的挑战做出短期(short-term)与长期(long-term)的展望与提点。在短期的可能发展与挑战上,黄博士认为除了现今业界较为热门或关注的玻璃与陶瓷背盖外,也不排除未来金属背盖的再一次畅旺,而手机过往的主流之一为全金属背盖,现今主流之一为全面屏,未来的主流之一便是5G (第五代移动通信),而5G的即将到来将会对天线数目有更高的需求(如中国移动目前要求的4收2发的MIMO,且希望未来可达8收4发),故若把过去的(全金属背盖)、现今的(全面屏),与未来的(5G)这三大主流融合在一机型上,或许是未来短期而言手机天线设计的可能方向与潜在挑战;而在未来长期的可能发展方向,黄博士则指出在全面屏、可穿戴、可扰曲的移动终端概念与趋势下,天线与屏的关系是否会从目前两者独立且某种程度上相互拮抗,演进为天线与屏整合为一,而形成黄博士于前述今年9月23日在深圳演讲时提出的“天线在屏、屏载天线”的设计方向,黄博士认为此概念虽现阶段尚有较多的难题需克服(尤其是将cellular天线做于屏上),但或许仍是值得研究与试验的一个未来新方向,且Samsung Gear Fit 2的智能手环已有将non-cellular天线做在屏上的先例。
vivo首席天线专家 黄奂衢 博士提出“天线在屏、屏载天线”的未来可能发展方向
vivo首席天线专家 黄奂衢 博士提出“天线在屏、屏载天线”的未来可能发展方向
最后,黄奂衢博士对此次《全面屏手机天线设计简介》演讲进行了总结,黄博士表示,相较于传统手机的天线设计,全面屏手机的天线设计难度虽如前述的更高,但以现阶段而言,基本并没
本质上的改变,而更多的是对空间环境运用上的细化与优化(以获得较大的空间而支持天线较优的辐射)、搭配上新的天线制程与实现工艺(以更好地运用有限的空间环境)、进行天线设计技巧的提升,及使用数目更多/ 功能更强/ 性能更优的电调谐器件等,以维持或提升天线性能;而在无线(OTA)性能方面,如前所述,可借助更好的传导性能(如:功率放大器(power amplifier, PA)的新技术或新器件以达更高的传导发射功率,或如HPUE的设计,及低噪声放大器(low-noise amplifier, LNA)的新技术或新器件以达更好的传导灵敏度)、更低的器件与路径损耗,及更细腻的电子噪声(de-sense)处理与抑制等,来维持或达到合格的TRP (Total Radiation Power)与TIS (Total Isotropic Sensitivity)表现,以保障用户的无线体验。且黄博士也再次提点,在处理屏对天线的影响时,也需同步留意天线对屏的影响,尤其是在产品与外观趋势对两者间距需求越来越近时,即逐渐趋近极致的全面屏手机时。
vivo首席天线专家 黄奂衢 博士对《全面屏手机天线设计简介》演讲进行总结
vivo首席天线专家 黄奂衢 博士对《全面屏手机天线设计简介》演讲进行总结
vivo于今年9月21日在北京居庸关长城发布的vivo X20为全球手机业界第一台全面屏全金属手机,其手机背盖维持了经典的全金属U形缝(似iPhone 7)设计,以最大程度保障用户视觉感受的一体性与对称性,而在全面屏与全金属两者并存对天线设计甚为严峻的环境下,vivo 率先成为全球首位达阵全面屏全金属此关键里程碑的手机公司。
vivo首席天线专家黄奂衢博士再次从整机系统设计的观点,通过新颖、生动、细致、深刻,与强逻辑度及高全局性的演说,令在场740多位参会嘉宾沉浸与享受了一堂“天线与屏”专业精彩、获益良多的珍贵而启迪课程!  
vivo X20为全球业界第一台全面屏全金属(U形缝)的手机
vivo X20为全球业界第一台全面屏全金属(U形缝)的手机


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