技術解析:蘋果5G毫米波八木天線專利

　　毫米波技術在移動通信中應用還包括一系列的技術問題，包括毫米波的傳播損耗大，容易受到環境因素的影響等，而這些技術問題蘋果希望通過毫米波八木天線來克服。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201804/378633.htm

　　2017年底美國專利商標局公布了蘋果公司的第一款八木天線(Yagi Antenna)專利。毫米波天線很可能會應用在蘋果下一代5G網絡設備中，如果一切順利，毫米波5G網絡將在2020年至2021年之間在美國推出。

　　然而毫米波技術在移動通信中應用還包括一系列的技術問題，包括毫米波的傳播損耗大，容易受到環境因素的影響等，而這些技術問題蘋果希望通過毫米波八木天線來克服。

　　圖1 蘋果的 5G iDevices 設計

　　蘋果在其專利背景中指出，未來可能需要支持毫米波頻段的無線通信。有時被稱為極高頻(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支持更高的帶寬，但同時也可能帶來相當大的挑戰。比如說，毫米波通信是一種典型的視距通信，在信號傳播過程當中，會衰減大量的信號。因此，蘋果希望能夠向電子設備提供改進的無線通信電路，例如支持毫米波通信的通信電路。

　　蘋果的發明就是為了改善無線通信電路，比如支持毫米波通信的通信電路。這種無線電路可能包含一個或多個天線，而每個天線可能包含相控天線陣，而當中又包含了許多天線單元。相控天線陣可能被用來處理毫米波無線通信，並有執行波束調控的操作。

　　相位天線陣列可能沿著電子設備殼體的邊緣進行安裝，在殼體背面中絕緣標誌或其他天線窗口之後，也可能與殼體角落處的絕緣殼體部分進行對準安裝，還可能是在電子設備的其他地方安裝，相關專利如下圖2所示。

　　圖2 下一代iPhone和iPad的毫米波天線

　　基帶處理器可能會以中頻頻率在中頻信號路徑上將無線信號分配給相控天線陣。相控天線陣上的收發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，通過將中頻頻率將信號分配到相控天線陣列上並在本地將中頻信號轉換成天線的射頻信號的方法。

　　圖3 蘋果的八木天線在手機上的位置

　　而這種印刷電路板天線可以包括八木天線。每個八木天線可以具有反射器，散熱器和一個或多個引向器。電子設備可以具有帶電介質區域的金屬外殼。電介質區域可以是金屬外殼或其它電介質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天線具有與金屬殼體中的電介質的相應部分對準的輻射圖案。在具有多個襯底層的印刷電路板中，天線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定向的輻射圖案。天線的導向器也可以沿著印刷電路板的表面形成，使得天線呈現水平定向的輻射圖案。

　　例如專利說明書中圖3所示的天線#40可以是八木印刷電路板天線和/或其他合適的天線。

　　此外，蘋果專利圖3是說明性配置中的iDevice的後視圖，其中每個角#50已經設置有由多個天線形成的相控天線陣列。如圖3所示，每個拐角具有由三個相應的天線40形成的陣列，定向為0度，45度和90度。使得相鄰天線具有沿著45度分開的方向定向的輻射圖，並且每個角落處的天線陣列可以具有任何合適數量的天線(例如，兩個或更多個，三個或更多個，三個到五個，三個到八個，少於五個，少於十個等等)，並且這些天線可以通過任何合適的角度量(0-45度，10-30超過5度，小於25度，小於75度，等等)向外輻射。

　　圖4 5G即將成為現實

　　除了在未來的iDevices和Macs中使用，蘋果指出新的天線還可能會應用於其他可能的未來設備中，例如嵌入在眼鏡或其他用戶頭戴設備中，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、遊戲設備、導航設備和諸如在售貨亭或汽車中內嵌了顯示器的電子設備上的嵌入式系統。 考慮到這是一項專利申請，此類產品上市的時機目前還不得而知 - 儘管5G網絡可能會在未來幾年中實現。