从华为P40看5G终端射频及天线发展趋势

众所周知,华为一直在不断追求自主创新,并取得了一个又一个技术成果。华为P40系列新机发布后引发很多讨论,根据拆解发现,华为P40的元器件主要采购自中国大陆、中国台湾地区、韩国、日本等地,不过高通、Qorvo和Skyworks等美国厂商仍提供必要的射频(RF)组件,而美光的NAND Flash似乎已被三星的NAND Flash取代。

华为P40系列搭载的麒麟990 5G SoC芯片是目前覆盖频段最全的5G SoC之一,还搭载自研Wi-Fi 6+智能手机芯片麒麟W650,是首个支持华为Wi-Fi 6+的机型系列,支持160MHz带宽,峰值速率高达2.4Gbps,是业界同期水平的2倍。

拆解华为P40:只剩射频组件来自美国


Wi-Fi方面用上了海思自己的Hi1105,支持Wi-Fi 6

射频前端来自Qorvo和Skyworks,不过收发器和功放来自海思。

射频前端模块是手机的关键部件,是拨打电话和连接网络所必须的零件。射频前端是直接与天线连接的元器件,直接影响手机的无线信号接收和信号放大、过滤功能。

手机等设备要求终端能够同时支持六种CA技术,然而现有的手机中不能同时很好的支持六种乃至更多可能存在组合的CA技术,其设计不够灵活。

解析华为射频通路技术

为了解决这个问题,华为在14年2月27日申请了一项名为“射频通路”的发明专利(申请号:201410069708.2),申请人为华为技术有限公司。

根据目前公开的专利资料,让我们一起来看看这项射频技术吧。

 

 

 

如上图为射频通路的结构示意图,它可以为主集接收通路或者分集接收通路,主集接收主要功能为将主集天线接收的射频信号解调为模拟基带信号,分集接收主要功能为将分集天线接收的射频信号解调为模拟基带信号。

该射频通路包括第一天线(ANT1)、低噪声放大器(LNA)、功分器(PS)、两个第一单刀多掷开关(SPNT11和SPNT12)、四个第一滤波器(FT11、FT12、FT13和FT14)和两个第一无线射频芯片(RFIC1和RFIC2)。

那么这些器件的功能都分别是什么呢?天线接收时从无线信道中接收射频信号,发射时将射频信号辐射到无线信道中;低噪声放大器可以放大接收的射频信号的功率,降低射频通路的噪声系数,提高接收灵敏度指标;功分器将射频信号的功率平均分为两路;功率放大器可以放大射频信号功率;无线射频集成电路可以根据RFIC内部寄存器配置的不同,将射频信号变为模拟基带信号或将模拟基带信号变为射频信号。

其中四个滤波器都分别对应一个滤波频段,天线接收到射频信号后,就将射频信号传输到低噪声放大器中,低噪声放大器可以放大这种射频信号,经过放大后的射频信号会传输到功分器,功分器将射频信号分为两路并且将两路信号分别传输到两个单刀多掷开关。

单刀多掷开关就相当于是控制射频信号的通断,如果通过的就将射频信号通过到滤波器中,滤波器将会对接收到的射频信号进行滤波,最后经过这样处理信号就会来到无线射频芯片中,芯片会对信号进行解调。

 

 

 

除了射频通路以外,还有接收通路,这两个通路就构成了射频前端,射频前端是靠近天线部分的设备,如上图所示为射频前端的结构示意图,其目的是保证有用的射频信号能完整不失真地从空间拾取出来并输送给后级的变频、中频放大等电路。

如上图所示,该射频前端包括主集接收通路PRX,分集接收通路DRX以及发射通路TX。其中,主集接收通路PRX和发射通路TX通过环形器CL连接,分集接收通路DRX的结构与我们上面介绍过的射频通路的结构类似。

以上就是华为发明的射频通路,这样的射频通路除了可以满足六种CA技术之外,还支持FDD+TDD频带间CA射频信号技术,通过功分器将接收到的射频信号分为两路,两路信号传送到四个滤波器中,使得该射频通路可以支持多种组合的CA技术,提高了射频通路的灵活性。【嘉德点评】

未来5G终端射频天线发展趋势

P40系列均搭载“四曲满溢屏”,在屏幕的四周都做了弧度的处理,同时对手机边框进一步收窄,这些处理让正面视觉效果更好。此设计大大提升了天线设计难度,据国盛电子团队《一张图看懂看P40核心公司名单》显示,P40系列终端射频天线解决方案分别来自硕贝德和信维。其中天线支架所用LDS材料则来自工程塑料专业厂商中塑。近来年,随着5G通信的兴起,终端射频天线及其材料的革新也是突飞猛进,其发展趋势及显著特点表现如下:

1、微天线及稳定信号功能日益增强

随着移动通信从2G、3G、4G 到5G的不断发展,移动通信天线也经历了从单极化天线、双极化天线到智能天线、MIMO天线乃至大规模阵列天线的发展历程,天线的数量增多,且尺寸也越来越小,及至控制在4厘米以内常用的通讯频段。

P40天线支架在原有的4G网络增强到5G时代,天线数量增多且天线设计位置更小,对材料要求更为严格,故P40天线选用PC作为基材的LDS功能性材料,此款材料或将为P40天线稳定性提供了有力的保障,且使5G在高频段、增益方面得到管控。

2、需具备高流动性

形态的轻薄化、结构的小巧化是未来手机设计的趋势。相比绝大部分5G手机来说,P40系列手机外形更轻更薄、内置天线信号参数也更稳定,故增大了天线结构设计难度。

同时P40系列采用了Insertmolding工艺,又对结构增加了注塑的难度。因此,P40系列天线部分需要采用高流动性、且结合力强的材料。其不仅解决了局部0.2mm结构要求,而且能够与不同材质弹片相结合。

3、抗应力开裂

手机轻薄化趋势,导致材料在手机支架天线中的应用要求也越来越高。P40结构采用了Insertmolding工艺,且形成薄壁结构特性,在选用PC作为基材的同时,开裂问题又不可避免地给结构带来了困扰。

综上所述,随着5G时代的真正到来,外观更轻薄、结构更复杂、材料非金属化等都将加大手机射频天线设计的难度,在此情况下,选择功能性更强、质量更优的材料或将成为5G终端决胜的关键点之一。以LDS材料为主5G终端射频天线解决方案将成为主流。

整理自:集微网、中塑新材料等