技術(shù)解析：蘋(píng)果5G毫米波八木天線(xiàn)專(zhuān)利

　　毫米波技術(shù)在移動(dòng)通信中應用還包括一系列的技術(shù)問(wèn)題，包括毫米波的傳播損耗大，容易受到環(huán)境因素的影響等，而這些技術(shù)問(wèn)題蘋(píng)果希望通過(guò)毫米波八木天線(xiàn)來(lái)克服。

　　2017年底美國專(zhuān)利商標局公布了蘋(píng)果公司的第一款八木天線(xiàn)(Yagi Antenna)專(zhuān)利。毫米波天線(xiàn)很可能會(huì )應用在蘋(píng)果下一代5G網(wǎng)絡(luò )設備中，如果一切順利，毫米波5G網(wǎng)絡(luò )將在2020年至2021年之間在美國推出。

　　然而毫米波技術(shù)在移動(dòng)通信中應用還包括一系列的技術(shù)問(wèn)題，包括毫米波的傳播損耗大，容易受到環(huán)境因素的影響等，而這些技術(shù)問(wèn)題蘋(píng)果希望通過(guò)毫米波八木天線(xiàn)來(lái)克服。

　　圖1 蘋(píng)果的 5G iDevices 設計

　　蘋(píng)果在其專(zhuān)利背景中指出，未來(lái)可能需要支持毫米波頻段的無(wú)線(xiàn)通信。有時(shí)被稱(chēng)為極高頻(EHF)通信的毫米波通信涉及大約10-400GHz頻段。在這些頻率上操作可能會(huì )支持更高的帶寬，但同時(shí)也可能帶來(lái)相當大的挑戰。比如說(shuō)，毫米波通信是一種典型的視距通信，在信號傳播過(guò)程當中，會(huì )衰減大量的信號。因此，蘋(píng)果希望能夠向電子設備提供改進(jìn)的無(wú)線(xiàn)通信電路，例如支持毫米波通信的通信電路。

　　蘋(píng)果的發(fā)明就是為了改善無(wú)線(xiàn)通信電路，比如支持毫米波通信的通信電路。這種無(wú)線(xiàn)電路可能包含一個(gè)或多個(gè)天線(xiàn)，而每個(gè)天線(xiàn)可能包含相控天線(xiàn)陣，而當中又包含了許多天線(xiàn)單元。相控天線(xiàn)陣可能被用來(lái)處理毫米波無(wú)線(xiàn)通信，并有執行波束調控的操作。

　　相位天線(xiàn)陣列可能沿著(zhù)電子設備殼體的邊緣進(jìn)行安裝，在殼體背面中絕緣標志或其他天線(xiàn)窗口之后，也可能與殼體角落處的絕緣殼體部分進(jìn)行對準安裝，還可能是在電子設備的其他地方安裝，相關(guān)專(zhuān)利如下圖2所示。

　　圖2 下一代iPhone和iPad的毫米波天線(xiàn)

　　基帶處理器可能會(huì )以中頻頻率在中頻信號路徑上將無(wú)線(xiàn)信號分配給相控天線(xiàn)陣。相控天線(xiàn)陣上的收發(fā)器電路可能包括耦合到中頻信號路徑的上變頻器和下變頻器。這種布置可以使得路徑損耗最小化，通過(guò)將中頻頻率將信號分配到相控天線(xiàn)陣列上并在本地將中頻信號轉換成天線(xiàn)的射頻信號的方法。

　　圖3 蘋(píng)果的八木天線(xiàn)在手機上的位置

　　而這種印刷電路板天線(xiàn)可以包括八木天線(xiàn)。每個(gè)八木天線(xiàn)可以具有反射器，散熱器和一個(gè)或多個(gè)引向器。電子設備可以具有帶電介質(zhì)區域的金屬外殼。電介質(zhì)區域可以是金屬外殼或其它電介質(zhì)區域中的填充了塑料的槽。

　　反射器，散熱器和引向器可以被配置為使得每個(gè)天線(xiàn)具有與金屬殼體中的電介質(zhì)的相應部分對準的輻射圖案。在具有多個(gè)襯底層的印刷電路板中，天線(xiàn)中的不同導向器可嵌入在不同的成對的襯底層之間以形成垂直取向或者對角線(xiàn)定向的輻射圖案。天線(xiàn)的導向器也可以沿著(zhù)印刷電路板的表面形成，使得天線(xiàn)呈現水平定向的輻射圖案。

　　例如專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)中圖3所示的天線(xiàn)#40可以是八木印刷電路板天線(xiàn)和/或其他合適的天線(xiàn)。

　　此外，蘋(píng)果專(zhuān)利圖3是說(shuō)明性配置中的iDevice的后視圖，其中每個(gè)角#50已經(jīng)設置有由多個(gè)天線(xiàn)形成的相控天線(xiàn)陣列。如圖3所示，每個(gè)拐角具有由三個(gè)相應的天線(xiàn)40形成的陣列，定向為0度，45度和90度。使得相鄰天線(xiàn)具有沿著(zhù)45度分開(kāi)的方向定向的輻射圖，并且每個(gè)角落處的天線(xiàn)陣列可以具有任何合適數量的天線(xiàn)(例如，兩個(gè)或更多個(gè)，三個(gè)或更多個(gè)，三個(gè)到五個(gè)，三個(gè)到八個(gè)，少于五個(gè)，少于十個(gè)等等)，并且這些天線(xiàn)可以通過(guò)任何合適的角度量(0-45度，10-30超過(guò)5度，小于25度，小于75度，等等)向外輻射。

　　圖4 5G即將成為現實(shí)

　　除了在未來(lái)的iDevices和Macs中使用，蘋(píng)果指出新的天線(xiàn)還可能會(huì )應用于其他可能的未來(lái)設備中，例如嵌入在眼鏡或其他用戶(hù)頭戴設備中，抑或其他可穿戴的微型設備、電視機、不含嵌入式計算機的計算機顯示器、游戲設備、導航設備和諸如在售貨亭或汽車(chē)中內嵌了顯示器的電子設備上的嵌入式系統。 考慮到這是一項專(zhuān)利申請，此類(lèi)產(chǎn)品上市的時(shí)機目前還不得而知 - 盡管5G網(wǎng)絡(luò )可能會(huì )在未來(lái)幾年中實(shí)現。