5G终端天线设计，到底有多难？

说到“终端”，相信大家一定不会觉得陌生。

我们每天形影不离的手机，还有上班时经常使用的电脑，都被称为终端。

终端是离用户距离最近的节点，也是用户与系统之间的接口。用户访问和接入网络，必须依靠终端。

进入21世纪以来，随着物联网的诞生和发展，终端的种类迅速增加。它们的连接对象不再仅仅是人，而是延伸到世间万物。

例如，家里的门锁、电灯、电器，城市里面的路灯、水电表、垃圾桶，甚至包括单车、 汽车 、无人机，联网之后，都变成了终端设备，统称为 物联网终端 。

2019年6月，国家工信部正式发放了5G商用牌照，标志着迈入了“万物互联”的5G时代。

5G凭借大带宽、低时延、广覆盖等特点，不仅将消费互联网的用户体验推向了更高的水平，也极大地推动了百行千业的物联网场景孵化和落地。

例如，5G结合4K/8K超高清视频技术，甚至VR/AR技术，可以实现海量视频数据的无线传输，摆脱有线传输带来的空间束缚。

再例如，5G智能制造场景下，采用了5G技术的工业机器人，控制消息的时延极低，可以完成高精度的 *** 作，提升生产效率。

5G强大的网络通信能力，为行业应用场景的完美实现，奠定了坚实的基础。然而，它也给终端产品设计带来了巨大的挑战。

尤其是终端产品的信号收发能力，如果无法满足要求，那么即使网络再好，也是“有网无端”，难以发挥5G的真正价值。

那么，影响物联网终端信号收发能力的最关键部件，究竟是什么呢？

相信大家都已经猜到了，没错，就是 天线 。

天线，英文名叫做antenna，是所有通信设备最重要的部件之一。它的好坏，直接关系到终端的通信能力以及工作效率。

一直以来，天线都是终端的设计重点和难点。5G的到来，更是将天线的设计难度推向了难以想象的高度。

首先，5G终端要支持 多天线技术 ，以满足超高传输速率要求。

5G的超高速率（Gbps以上），要求强大的多天线系统性能支持极强的数据吞吐能力。为了实现高速率，5G引入了Massive MIMO（大规模天线）技术，终端天线需要同步支持。5G还引入了Beamforming（波束赋型），终端天线同样需要支持。

其次，5G终端天线必须有 合理的布局设计 ，尽可能小型化。

终端天线一般分为外置天线和内置天线。外置天线我们见得比较多，体积较大，独立于设备之外。而内置天线体积小巧，集成在物联网设备内部。

现在的物联网终端，一般都要求体积小巧，且内置天线更加美观，更具市场竞争力，所以，越来越多的终端厂商选择 内置天线方案 。

在本已狭小的设备内部空间，塞入5G天线，谈何容易？

天线是敏感元件，放置位置和方式有严格的限制，不是随便乱塞的。如果布局设计不合理，可能导致和其它器件之间的互相干扰，出现电磁兼容性（EMC）问题。

5G频段，中低频有Sub-6 GHz频段（甚至700MHz频段）， 高频有毫米波频段。频率跨度大，意味着天线尺寸跨度也大，加上多制式网络的支持，要求天线必须具备很好的调谐能力，这也大幅增加了天线的设计难度。

在设计天线布局时，还必须要考虑用户使用场景和方式。例如，5G手持终端需要考虑手部握持的位置，5G踏板车需要考虑天线会不会被骑手身体阻挡，等等。

第三个设计难点，在于 功耗控制 。

功耗是物联网终端的命门。如果天线设计未经优化，会加剧电池的消耗速度。

5G作为高性能终端，功耗设计压力本来就大。如果天线额外增加了对电池的消耗，无异于雪上加霜。试想一下，如果5G终端需要频繁更换电池，用户体验从何谈起？随之而来的成本增长，又该如何面对？

除了上述几点之外，终端天线设计需要考虑的因素还有很多，例如新工艺新材料的应用，产品耐用性、可靠性、易安装性的增强，等等。

对于终端厂商来说，要在研发和设计5G终端天线时面对这么多的挑战，实在是力不从心。

有些厂商，因为忽视对天线的前期设计，导致产品定型后发现性能受限，工作效率无法符合设计需求，最终不得不花更多的经费、时间和精力，对天线进行重新设计。

也有的终端厂商，虽然知道天线的重要性，但缺乏天线专业人才，不具备合格的天线设计和测试能力，只能束手无策。

面对5G终端天线设计的诸多挑战，国内模组行业的领军企业——上海移远通信，提出了自己的见解和应对方案。

对于移远通信，行业内的读者一定都非常熟悉。他们是全球领先的物联网解决方案供应商，模组出货量排名前列，拥有涵盖2G/3G/4G/5G、NB-IoT/LTE-M、车载前装、安卓智能和GNSS模组的完备产品线。

作为模组厂商，移远通信在天线设计领域拥有丰富的行业经验积累。

目前，移远通信已成功推出250多种天线产品，包括胶棒、组合式、出线式、磁吸式等外置天线，以及PCB、FPC、SMD、陶瓷等内置天线，覆盖包括5G在内的不同技术的物联网应用。

移远通信认为，终端厂商选择多个供应商，采购组件，然后集成到一台设备中的传统方式，已经无法满足5G终端的天线设计需求。 无线模组和天线由一家能同时提供应用方案的供应商进行整合设计，将是5G时代终端天线设计的主流趋势。

无线模组、天线分开设计和采购，就好像是一辆 汽车 升级时只换发动机，或者只换车架、轮胎，缺乏整体上的考虑，性能提升始终有限。

而整合设计的方式，是站在更高的视角，进行全局考虑。无线模组和天线之间能达到更好的协同，发挥最佳性能。

例如5G天线的调谐能力，在整合设计的前提下，表现肯定优于分开设计。

除了达成5G的指标要求之外，整合设计也有利于减小5G终端的整体尺寸，减少对空间的占用。对于系统功耗和散热控制来说，整合设计也有明显优势。

系统级整合方案还有一个显著的优点，就是降低5G终端的设计难度，方便厂商们以更快的速度推出产品，抢占市场。

移远通信的“无线模组+天线”整合设计方案，既充分利用了自身在模组领域领先的技术实力和经验，又发挥了全定制天线设计、集成和制造能力，可以说是如虎添翼，让5G客户实现拿来即用，减少其在5G技术上的研发投入，缩短开发周期，助力产品快速上市。

移远通信拥有专业的天线团队，天线服务贯穿咨询与评估、设计、测试和认证、生产制造等各个环节，可以提供一站式服务。

除了设计能力赋能之外，移远通信天线服务还充分考虑了质量方面的保障，以及延伸服务能力的加强。

为了保证天线产品的质量，移远通信具备完善且严格的质量流程，可以提供完善的测试系统和设备。移远还可以提供射频设计审查和整机EMC/Desense排查测试，帮助客户解决最常见的难点、痛点，大幅减少开发工作量。

延伸服务能力方面，移远通信的服务网点遍布全球各地，可以提供本地化技术支持服务，更快响应客户需求，为客户终端快速抢占市场全方位“护航”。

移远还可以综合评估运营商要求，进行预认证测试、OTA优化，为客户节约各项成本，加速终端上市，抢占5G市场先机。

随着5G网络建设的提速，我们整个 社会 正在加速走向数字化、智能化。

以5G终端为代表的海量物联网节点，正在遍布地球的每一个角落，它们是数字化网络的神经末梢，也是构建精彩数智世界的基石。

我相信，在不久后的将来，在完善的设计服务加持下，还会有更多优秀的5G终端产品甚至爆款产品出现，颠覆我们的认知，彻底改变现有的工作和生活方式。

未来已来，让我们拭目以待！

通过从传感器、计量器等器件获取环境、资产或者运营状态信息，在进行适当的处理之后，通过传感器传输网关将数据传递出去；同时通过传感器接收网关接收控制指令信息，在本地传递给控制器件达到控制资产、设备及运营的目的

通过公网或者专网以无线或者有线的通信方式将信息、数据与指令在感知与控制层、平台服务层、应用服务层之间传递，主要由运营商提供的各种广域IP通信网络组成，包括ATM、xDSL、光纤等有线网络，以及GPRS、3G、4G、NB-IoT等移动通信网络

物联网平台是物联网网络架构和产业链条中的重要环节，通过它不仅实现对终端设备和资产的“管、控、营”一体化，向下连接感知层，向上面向应用服务提供商提供应用开发能力和统一接口，并为各行各业提供通用的服务能力，如数据路由、数据处理与挖掘、仿真与优化、业务流程和应用整合、通信管理、应用开发、设备维护服务等

丰富的应用是物联网的最终目标，未来基于政府、企业、消费者三类群体将衍生出多样化的物联网应用，创造巨大的社会价值。根据企业业务需要，在平台服务层之上建立相关的物联网应用，例如，城市交通情况的分析与预测，城市资产状态监控与分析，环境状态监控、分析与预警（如风力、雨量、滑坡），健康状况监测与医疗方案建议等

向下接入分散的物联网传感层，汇集传感数据
向上面向应用服务提供商提供应用开发的基础性平台和面向底层网络的统一数据接口，支持具体的基于传感数据的物联网应用

从设备底层到云端应用都由技术人员自行开发，对研发能力和开发时间都是不小的挑战
物联网应用存在共性需求如安全是否可以以云服务的方式提供这些功能？
物联网平台使物联网应用的快速实现成为可能，并从开发难度、功能性能和稳定可靠等多方面提供服务保证

DMP一般集成在整套端到端M2M设备管理解决方案中，解决方案提供商联合合作伙伴一起，提供通信网关、通信模块、传感器、设备管理云平台、设备连接软件，并开放接口给上层应用开发商，提供端到端的解决方案

大部分DMP提供商本身也是通信模组、通信设备提供商，如DiGi，Bosch等，本身拥有连接设备、通信模组、网关等产品和设备管理平台，因此能帮助企业实现设备管理的整套解决方案

一般DMP部署在整套设备管理解决方案中，整体报价收费；也有少量单独提供设备管理云端服务的厂商，每台设备每个月收取一定的运营管理费用

M2M连接数大、SIM卡使用量大、管理工作量大、应用场景复杂、要求灵活的资费套餐、低的ARPU值、对成本管理要求高

包含基础大数据分析服务和机器学习两大功能

未来物联网平台上的机器学习将向人工智能过渡，比如IBM Watson拥有IBM独特的DeepQA系统，结合了神经元系统，模拟人脑思考方式总结出来强大的问答系统，可帮助企业解决更多商业问题

AWS IoT可在连接了Internet的设备（如传感器、制动器、嵌入式微控制器或智能设备）与AWS云之间提供安全的双向通信，并使云中的应用程序能够与连接了Internet的设备进行交互。这样，用户能从多台设备收集遥测数据，然后存储和分析数据；也可以创建应用程序来通过手机或平板电脑控制这些设备

AWS IoT包括设备网关、消息代理、规则引擎、安全和身份服务、Device Shadow服务等组件

平台案例

通过使用AWS的服务，艾拉物联可以无需投资传统数据中心，便可提供企业级服务。在AWS的支持下，艾拉物联将全球的服务都可以整合到一个云平台上，以最小成本开拓了国际业务，使得各地都可以使用同样的开发及运维工具

AWS云服务安全、稳定、可扩展以及全球覆盖的特性加快了涂鸦业务的全球化部署，为保证海外涂鸦客户和合作伙伴能够享受到本地化的服务体验提供了坚强保障

使用AWS云平台给Sengled生迪带来的好处包括简化运维、节省人力成本、节省资源成本，同时可以灵活地扩展应用系统。AWS提供的丰富功能，使运维工程师不必研究学习传统的运维工具和方法，就可以建立起一套完整、可靠的交付系统和运维平台

物联网平台是阿里云针对物联网领域开发人员推出的一款设备管理平台。高性能IoT Hub实现设备与云端稳定通信，全球多节点部署有效降低通信延时，多重防护能力保障设备云端安全。此外，物联网平台还提供丰富的设备管理功能、稳定可靠的数据存储能力，以及规则引擎。使用规则引擎，您仅需在Web上配置简单规则，即可将设备数据转发至阿里云其他产品，获得数据采集、数据计算、数据存储的全栈服务，真正实现物联网应用的灵活快速搭建

平台案例

24小时ATM式自助售药机支持用户线下24h到店扫码付款，当场取货；线上平台下单，骑手限时送达。同时提供完备的商户管理后台，可以进行订单管理、货道管理与财务管理

仓库猫用于解决仓库的科学监测、信息化、网络化管理等问题。可以做到防火监测、防盗监测、防水监测、防潮监测、能够帮助企业快速搭建店铺的监测系统，报警系统，云存储系统

OneNET定位为PaaS服务，即在物联网应用和真实设备之间搭建高效、稳定、安全的应用平台

OneNET包括设备接入、设备管理、API，>您好，易灵通2星终端是一款性价比较高的终端设备，主要用于商业和工业领域的数据采集、处理和传输。它采用了高性能的ARM Cortex-A7处理器和Android 44 *** 作系统，具有较强的运算能力和稳定性。同时，它还具备多种接口，如RS232、RS485、Ethernet、USB等，能够满足各种数据传输需求。此外，易灵通2星终端还支持WIFI和3G/4G网络，实现了远程数据传输和远程控制，具有较高的灵活性和可扩展性。终端设备的外观设计简洁大方，易于安装和维护。总的来说，易灵通2星终端是一款性能稳定、功能丰富、易于 *** 作的终端设备，适用于各种工业和商业应用场景。

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