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！

物联网的十大应用：智能家居、可穿戴、智慧城市、智能电网、工业互联网、连接车、联网医疗（数字医疗/远程医疗/远程医疗）、智能零售、智能供应链、智能农业。

智能家居

每当我们想到物联网系统时，最重要、最高效的应用就是智能家居，它在所有渠道中都是最高的物联网应用。寻找智能家居的人数每月增加约60000人。另一件有趣的事情是，物联网分析智能家居数据库包括256家公司和初创公司。现在，越来越多的公司积极参与智能家居以及该领域的类似应用。智能家居初创公司的预计资金额超过25亿美元，并以快速增长的速度增长。创业公司名单包括著名的创业公司名称，如AlertMe或Nest，以及一些跨国公司，如飞利浦、海尔或贝尔金。

可穿戴

就像智能家居一样，可穿戴设备仍然是潜在物联网的热门话题。每年，全球消费者都在等待最新的苹果智能手表的发布。除此之外，还有很多其他可穿戴设备可以让我们的生活变得轻松，比如索尼SmartB Trainer、LookSee手镯或Myo手势控制。

智慧城市

智慧城市，顾名思义，是一项重大创新，涵盖了从水分配和交通管理到废物管理和环境监测的各种各样的使用案例。它之所以如此受欢迎，是因为它试图消除城市居民的不适和问题。智能城市部门提供的物联网解决方案解决了各种与城市相关的问题，包括交通、减少空气和噪音污染，以及帮助城市更加安全。

智能电网

智能电网是物联网技术的另一个突出领域。智能电网基本上承诺以自动化方式提取有关消费者和电力供应商行为的信息，以提高配电的效率、经济性和可靠性。每月41000次的谷歌搜索证明了这一概念的流行。

工业互联网

考虑工业互联网的一种方式是查看发电、石油、天然气和医疗等行业中的连接机器和设备。它还利用了计划外停机和系统故障可能导致危及生命的情况。嵌入物联网的系统往往包括用于心脏监测的健身带或智能家用电器等设备。这些系统功能齐全，易于使用，但不可靠，因为如果发生停机，它们通常不会造成紧急情况。

连接车

互联汽车技术是一个由多个传感器、天线、嵌入式软件和技术组成的庞大而广泛的网络，有助于在复杂的世界中进行通信导航。它有责任以一致性、准确性和速度做出决策。它还必须是可靠的。当人类将方向盘和制动器的控制权交给目前正在高速公路上测试的自动驾驶车辆时，这些要求将变得更加关键。

联网医疗（数字医疗/远程医疗/远程医疗）

物联网在医疗保健领域有多种应用，从远程监控设备到先进技术，从智能传感器到设备集成。它有可能改善医生提供医疗服务的方式，并确保患者的安全和健康。医疗物联网可以让患者花更多时间与医生互动，从而提高患者参与度和满意度。从个人健身传感器到外科手术机器人，医疗领域的物联网带来了新的工具，这些工具采用了生态系统中的最新技术进行更新，有助于发展更好的医疗保健。物联网有助于医疗改革，并为患者和医疗专业人员提供口袋友好型解决方案。

智能零售

零售商已开始采用物联网解决方案，并在多个应用程序中使用物联网嵌入式系统，以改善商店运营、增加购买、减少盗窃、实现库存管理和增强消费者的购物体验。通过物联网，实体零售商可以更有力地与在线挑战者竞争。他们可以重新获得失去的市场份额，吸引消费者进入商店，从而使他们更容易在省钱的同时购买更多商品。

智能供应链

几年来，供应链已经变得越来越智能。提供解决问题的方案，例如在货物在路上或运输途中跟踪货物，或帮助供应商交换库存信息，是一些流行的产品。通过启用物联网的系统，包含嵌入式传感器的工厂设备可以传输有关不同参数的数据，如压力、温度和机器利用率。物联网系统还可以处理工作流程和更改设备设置以优化性能。

智能农业

智能农业在物联网应用中经常被忽视。然而，由于农业经营的数量通常是偏远的，而且农民从事的牲畜数量很大，所有这些都可以通过物联网进行监控，并可以彻底改变农民日常经营的方式。但是，这一想法尚未得到大规模关注。尽管如此，它仍然是不应低估的物联网应用之一。智能农业有可能成为一个重要的应用领域，特别是在农产品出口国。

无线通信技术是物联网的传输基础，随着智慧城市大应用成为热门发展，各种技术推陈出新，纷纷抢占物联网市场。在LPWAN技术里，最热门的莫过于LoRa、Sigfox和NB-IoT。

在物联网趋势中，这三种技术各自具有什么优势。

谁才会是你专业领域的最佳拍档？

物联网、大数据、AI人工智能这几个词汇，相关产业人员想必娴熟于心。
在物联网的技术架构中，“感测”是最基础的核心源头，无论在农业、工业、建筑、交通、医疗等领域，要让感测到的数据透过AI分析，进而形成相关应用，首先必须部署适合的传输技术与网域，才能搜集并回报巨量的环境数据。

在无线通信技术里，WI-FI、bluetooth、ZigBee、Z-Wave这几项较早推出的应用已经于不同领域中奠定发展基础。

WI-FI适用于大数据量的传输，比如影音传输或者A R/V R等领域，同时也是一般无线网络的基础，缺点是耗电量大；蓝牙多用于个人穿戴式装置，在声音领域的应用较为成熟

ZigBee和Z-Wave则是在工业、建筑等自动控制应用中成果丰硕。

谈到无线网络，大家脑中想到的，除了WI-FI之外，大概就是手机的移动式通信网路了。
如今的通讯技术即将迈入5G，讲求更大带宽、更高速率、更低延迟，当然也更耗电，由于是对应人与人之间的通讯，因此数据传输较密集、交换量也更为庞大。

针对M2M的通讯，由于装置的部署范围通常更宽广，且无线装置必须避免频繁更换电池，LPWAN(Low Power Wide Area Network，低功耗广域网)技术顺势而生，其小数据量、长距离传输及省电的特性，在物联网应用领域中大放异彩。

较早期的无线传输技术，如WI-FI、ZigBee和Z-Wave，通讯传输距离顶多只有100公尺，用在智能家居领域，必须再加装讯号加强的天线或中继站。

若是要满足智能城市的相关应用，例如环境监测或资产追踪，传输距离可达20公里的LPWAN技术显然能大幅缩减布建成本，只要几个基站就能覆盖大面积的范围；以电池作为电力来源，则省略了布线问题，让传感器的安装步骤更简易。
目前最受关注的LPWAN技术分别是LoRa、Sigfox和NB-IoT，这三种技术具有各自的优势，业主可根据不同领域及使用需求，选择最适合的通讯技术。

---