锤子Smartisan T2:天线设计的努力

2016-01-26 来源:新浪微博作者:微博@瑞记 我要评论(0) 字号:

虽然一共才推出3 款手机,但锤子科技的名号在整个国产手机界如雷贯耳。与其身量不相匹配的巨大声量,让最新的旗舰产品T2 始终处于高度曝光的状态。设计是锤子的重中之重,但在皮囊之下其实有更多东西值得解读。

骁龙808 这颗芯片已经很常见了。在高通2/4/6/8 的定位中,808 属于最高端的8 系列,2xA57+4XA53 的大小核搭配使其在保证满足绝大多数性能需求的前提下,功耗控制比多了两颗A57 的骁龙810 理想很多。因此在过去一年,很多品牌都会选择这颗芯作为次旗舰的处理器,甚至直接装载在旗舰产品身上,比如LG G4 和MOTO X Style。两大核四小核的性能表现有目共睹(而且大部分810 也是通过动态开关内核当作808 在用嘛),就不多啰嗦了。需要注意的是,高通目前的全线产品都已经是支持全网通的,只是很多厂商出于自己的考虑仅仅做了移动和联通的支持。

T2 在硬件设计上一个相当亮眼的元素,就是极简干练的金属边框。对于外壳材质的探索,很多人认为是设计师的工作范畴,但物理定律不像外观线条那样可以由笔触改变。很遗憾地,在离校多年之后,我的物理学常识也已经差不多都还给老师了,因此这一部分解释有任何不严谨或错误的地方,欢迎各位指正。

让我们回到2010 年。那一年的秋天,Apple 一如既往地带来了全新设计的iPhone 系列新品,iPhone 4。在发布会上,乔布斯骄傲地说,Apple 实现了一个新的突破,将手机的外边框直接作为天线使用。一整个金属边框被分为两个部分,分别作为WIFI(左边半圈)和蜂窝网络(右边A1 到A9 的大半圈)的天线。

有个笑话说,如果电视画面不停抖动而你又不会修理,只要你也跟着抖动,当你和电视的抖动频率一致的时候就可以看了。以这个不严谨的方式来解释天线:任何无线通讯都是基于不同振动频率的电磁波,而天线只能接收和它「抖动」频率一致的电磁波(天线并没有真的抖动啦)。不同的通讯技术使用不同频率的电磁波,比如WIFI 是2400MHz(2.4G),而蜂窝网络则使用800/1800/2100MHz 不等,所以需要不同的天线。这是第一个重点:边框上的断点并不是为了留给信号出入的通路(否则也太小了吧),而是为了将不同频率的天线从硬件上分隔开来。

iPhone 4 支持WCDMA(3G)和(GSM)却只有一根天线用于蜂窝网络,这是因为在这一整条边框上有多个馈点;通过软件控制相关电路,iPhone 可以自己改变边框接入电路的长度(比如接通A1-A6 时用于WCDMA,接通A6-A9 时用于GSM),从而让它可以响应不同频率的电磁波。这是第二个重点:通过改变天线接通的长度,同一块金属可以响应不同频段的信号。

在iPhone 4 发布一段时间之后,一个名词愈演愈烈,那就是iPhone 4 的信号门。当以手捏住手机的下半部分时,原本响应WIFI 和蜂窝网络两种不同频率电磁波的两段天线被连接在一起,使得响应频率发生了变化,也就无法再接收原来频率的电磁波,自然就“看不清”信号了。当然,iPhone 4 的信号门其实还有多方面的原因,比如彼时iPhone 显示信号的方式和Android 不同,在相同信号强度下iPhone 显示的信号格数比Android 多,产生“iPhone 比Android 信号好”的暗示。结果就是,同样在- 90dB 的信号强度下,iPhone 显示五格信号,而Android 只有三格;信号减弱到- 106dB 时,iPhone 和Android 都会显示两格,Android 只减少了一格,而iPhone 则减少了三格,看起来信号差了好多。事件发生后,iPhone 获得了一个更新(iOS 4.1),乖乖把信号显示方式改回了运营商AT&T 规定的方法。

iPhone 4 CDMA版(左)和WCDMA版(右)

有趣的是,当初iPhone 4 分为两个版本,CDMA 版出现信号问题的比例非常小。这是因为按照CDMA 运营商Verizon 的要求,CDMA 手机必须拥有多条蜂窝网络天线以保证信号质量,因此iPhone 4 CDMA 版天线和WCDMA 版不一样:

上图左边是WCDMA 版,边框长的那部分是蜂窝网络天线;中间和右边则是CDMA 版的天线1 和天线2,系统在检测到其中一条天线信号性能较差时会自动切换到另外一条。这个设计被延续到了iPhone 4s 上,加上金属边框涂层的改进,使得信号门的问题被彻底解决了。

电磁波可以很轻松地穿透玻璃、塑料等材质,但会被金属和水吸收掉(这也是为什么在电梯里没信号),所以一般手机用玻璃和塑料做外壳的时候,天线设计就会比较自由,而如果外壳是金属,就要想各种办法让信号可以进出,比如在外壳上开口(就是俗称的“信号溢出口”啦) 。

全金属的iTouch 在背后开了一个口子,让WIFI 信号穿透这个开口的塑料进出;iPad 初代是把WIFI 天线贴在背面苹果标的玻璃处,二代之后由于改用了全金属壳就把WIFI 天线放在正面的屏幕边框下面了(4G 版则是额外背部上端开了口让蜂窝网络信号进出);iPhone 5/5s 中,金属的机身会隔绝信号,因此除了边框的上下两段(这两段与机身完全隔离,用作天线)以外,还在背部的上下两头开了口给里面的副天线;而到了真 • 全金属的iPhone 6/6s,机身上没有任何可供信号出入的地方了,于是苹果只能通过白带把整个后盖分割成上边框、上背板、机身、下背板、下边框五部分,把其中上下边框和上下背板通通拿来用作天线。由于4G 对速度的需求大大提高,使得通讯使用的信号频段更广更丰富了,从最低的1800MHz 到最高的2600MHz,单条天线的调节范围毕竟是有限的,这就需要手机有更多天线用于不同频段的信号。也不怪iPhone 把背部割得七零八落,看看iPhone 一台手机要支持多少个4G 频段吧:

说回到锤子。T1 在信号上的挑战并不大,因为前后玻璃+ 玻璃纤维中框并没有给天线造成难度。而在T2 身上,原本背面玻璃也可以让T2 可以轻松地完成天线排布,但T2 并没有选择这条简单的路。T2 相对T1 一个巨大的变化就是支持全网通,这就需要手机可以接受多个频段的信号;而且T2 还支持了CA 载波聚合,这种技术让手机可以同时使用多个不同频段的信号进行通讯以提高速度,自然就需要手机的多个天线可以同时工作。T2 没有像其他手机一样在背面底部使用多组贴片天线,而是选择挑战难度更高的方案:把边框作为天线。

抓了Zealer 的拆解图做个示意:

T2 整台手机的边框是一个完整的金属圈,也就相当于一条金属天线。T2 的主板通过多个馈点和边框相连,通过调整接入电路的边框长度,来改变天线接受信号的频率,就像iPhone 4 的天线一样。当然,这只是蜂窝网络的天线,WIFI 和蓝牙的天线仍然是穿透背部玻璃的:

有则鸡汤说,当你面前有两条路时,选难走的那条。在可以选择用简单方案解决天线排布的情况下,锤子硬是选了难走的那条。它并没有颠覆什么物理定律的不可能,也没有创造前无古人的新技术,但他们在这条路上的探索,绝对没有白费。使用同一张电信卡,配置方案几乎一样的Nexus 5X 在上海地铁7 号线上有信号没法上网,但T2 就是可以刷微博发微信的。除了没有双卡,T2 作为商务人士的手机,绝对不会在信号上掉链子。

微波射频行业人士 | 相聚在这里
【10大细分领域的微信技术交流群】
订阅微信公众号
订阅微信公众号
加群管理员为好友
加群管理员为好友

刊登本文只以信息传播为目的,不代表MWRF.NET认同其观点和立场!

更多信息,进入天线设计与测试技术专栏

主题阅读: 锤子  天线

猜您关注