文本为吴多龙博士关于智能手机天线技术系列文章之一，已刊登于中通传媒《手机方案设计》2012.2月刊“技术方案”栏目，更多系列文章，敬请关注《手机方案设计》后续连载。

随着大众对手机、平板电脑等移动通信终端产品小型化、智能化、便携化、多功能、用户体验等要求的不断提高，加快了全球移动通信终端产品的更新换代步伐。

一、智能手机的发展趋势

智能手机的未来发展趋势主要表现在以下几个方面：

1、艺术美与精致工艺、功能性结构的融合

智能手机是大众消费产品，以iPhone引领的智能手机设计观，彻底变革了手机行业的传统设计观念，如超薄、大屏幕、炫酷的用户界面、天线与金属边框一体化设计等。

2、终端多功能的集成

手机的三大常规终端功能是语音通信、短信、数据通信，在此基础上集成的其它功能如多制式（GSM/3G/4G）、各种传感器、导航位置与服务（北斗/GPS）、短距离通信（蓝牙、WiFi、电子支付NFC）、流媒体视频（手机电视）等。尤其是通信多功能的集成，智能手机需要在狭小的空间内集成主通信天线（GSM/3G/4G）、各种短距离通信天线、卫星导航天线和手机电视天线等。

3、终端处理能力的提升与终端功能的延伸

终端处理能力的提升主要体现在CPU处理能力（开放性操作系统、主频速度、多任务处理、图形处理、低功耗、移动互联网接入等）的快速发展。终端功能的延伸主要体现在移动互联网后台为移动通信终端所提供的服务，如应用商店、云计算、电子支付、导航位置与服务、移动多媒体（移动广播电视、视频交互）等。

4、低端智能手机和特种行业智能手机的发展

智能手机首先面向的是高端客户群，众多制造商一直忽视低端智能手机的市场潜力。随着智能手机市场的快速发展和竞争的加剧，将有一批千元价位的智能手机面向低收入群体，未来将有很多低端和预付费手机用户开始选择智能手机。另外，智能手机将在基于安全认证（军用手机）、三防功能（防尘、防水、防震）、行业应用等基础上，在特种行业获得迅速发展，如各种政府性的行业机构市场。

5、制造商、运营商、行业机构等各种势力的角逐将形成行业大格局

制造商的创新能力与运营商的资源整合以及大众的自由选择，带动了智能手机行业的快速发展，打破了手机行业的原有格局分布，智能手机具有向行业高度集中的发展趋势。在特种行业市场，各种政府机构利用其资源优势，形成智能手机市场准入的行业标准，如电子支付、移动广播电视、军用手机、支持北斗卫星导航产业政策等。

二、智能手机天线的发展趋势

移动通信终端的快速发展带动了终端配套天线产业的繁荣。2011年全球移动终端天线出货量为35.6亿支，预计2012年全球移动终端天线出货量为44.8亿支。从终端天线的产品、技术及应用行业发展前景来看，未来三年其市场规模将保持平稳增长。智能手机天线的发展趋势主要表现在以下几个方面：

1、整机制造商、方案设计商和天线提供商的行业分工大格局不变

整机制造商强化创新能力和品牌实力，强大的整机制造商具有方案设计能力，个别整机制造商同时具备天线设计与制造能力。方案设计商提供主板设计与系统解决方案，天线设计商提供天线设计方案，天线制造（如不锈钢、FPC、LDS天线等）由天线厂商或者天线加工厂商完成。随着多制式与多功能智能手机的发展、山寨手机的消亡、品牌整机制造商的合格供应商资质要求等，众多小型手机天线厂家将在市场竞争中逐步被淘汰，手机天线厂家将向行业高度积聚的方向发展。

2、智能手机天线向技术创新的方向发展

天线是智能手机信号的最后输出端和最初输入端，是智能手机极其重要的组成部分，任何的设计失败或者缺陷将造成整机的巨大研发经费投入损失、未能及时推向市场的巨大经济效益损失和品牌信任危机。

苹果公司是个别能够自主研发智能手机天线、具有强大技术创新能力的整机厂商，iPhone天线的技术发展轨迹是FPC、金属线和天线窗口。2010年6月发生了震惊全球的“天线门”事件，“天线门”事件的主因是SAR测试不足造成的。2010年7月被迫首次公开天线测试实验室，以向外界证明其具备强大的天线研发技术实力，包括共拥有17间微波暗室、总投资超过1亿美元的天线测试系统。

摩托罗拉公司拥有FICA（平面倒置F形天线）专利技术，诺基亚等公司为避开FICA专利，采用了非对称的AFICA技术。

智能手机天线的技术创新主要有：1）天线结构的设计创新；2）天线制造的材料创新；3）天线加工的工艺创新；4）天线开发的平台创新等。

3、智能手机天线将向标准、模块和设计自动化方向发展

在手机辐射方面，国际通行以SAR（特殊吸收比率，单位为W/kg或者mW/g）作为衡量手机辐射能量被人所吸收的基本限值。我国拟制定的国家强制性标准《电磁辐射暴露限值和测量方法》多年未能出台。目前，面向国内市场的手机天线技术标准是由整机制造商、运营商各自制定的，缺少一个行业性的技术标准。

在深圳市举办的第二十六届世界大学生夏季运动会（2011年8月）之前，在我国手机山寨文化大环境的催生下，国内涌出很多小型的天线厂商从事手机天线的设计和制造，以及整机制造商对手机天线业务外包的产业模式，鉴于小型天线厂商由于资金、专业技术人员、先进测试设备等各种因素制约，造成了我国手机天线研发能力低、技术创新能力弱、设计自动化水平差等现状。现在，在智能手机天线快速发展的需求牵引下，需要我国有实力的天线厂商加入该行业，重新整合行业资源，进行重大技术重新，引领智能手机天线向标准、模块和设计自动化等高端技术方向发展，而不是仅仅跟随苹果、摩托罗拉等公司的步伐进行模仿。据市场调查，90%的天线厂商都是在为手机整机厂家“配天线”，天线厂家参与手机方案公司前期天线布局和设计太少了。

在全球手机出货量方面，广东占据了六成左右。我国智能手机天线技术能力的整体提升，除了有实力的天线厂商参与外，也需要高校等科研机构全面参与，更需要广东省、深圳市、广州市等各级政府对该产业的发展予以政策性支持，并在科技计划中落地。

三、智能手机天线面临的技术挑战

在乔布斯为iPhone 4“天线门”及其信号接收问题而作的辩护，有一点说得很正确：天线确实是一个技术难题。手机的变革一直引领手机天线技术的变革：从上世纪摩托罗拉的第一部“大哥大”外置天线，发展到如今内置的弹片、FPC、LDS工艺手机天线；从最初通话的单频天线，发展到现在实现全球漫游功能的多制式天线以及具有广播电视、、WiFi、蓝牙、电子支付、导航定位等功能天线；从以前单纯的通信工具，逐步发展至拥有更丰富网络应用、搭载智能操作系统的商务、娱乐等多功能终端；无论硬件、外观、操作系统如何变革，无论LTE技术如何演进，天线的设计永远是至关重要的，而且是终端整机质量的重要标志之一。

智能手机是未来移动通信终端市场的主导力量，智能手机天线的面临着以下重大技术挑战：

1、智能手机的超薄化

超薄是国内外各大整机厂商追逐的焦点。2011年10月，Motorola的RAZR XT910正式面世，7.1mm的机身厚度令其成为目前全球最薄的双核智能手机。超薄代表了一种时尚，拥有卓越的科技含量，包括材料、零部件构成等重要的技术元素。手机超薄化给天线的设计带来了重大技术挑战，超薄意味着天线高度的降低，而高度是天线设计的关键因素。

2、智能手机的多制式、多功能、大屏幕

以16GB的NOKIA N9的3G手机为例，共五种天线：通信主天线（GSM/EDGE 850/900/1800/1900，WCDMA 850/900/1700/1900/2100）、WLAN天线（IEEE 802.11a/b/g/n）、蓝牙天线（2.1+EDR）、GPS天线、NFC天线。3G三大主流技术有WCDMA、CDMA 2000和TD-SCDMA，智能手机以适应不同国家和地区的标准。如果智能手机带有移动电视功能，还需增加一种手机电视天线。

每一种通信模式需要设计天线、射频电路和匹配，另外主板、其它配件（振子、扬声器、麦克风、摄像头、电池、显示屏等）、结构（盖板、边框等）任何改动均影响其工作性能，每一个设计更改将拉长设计周期、增加居高不下的设计成本。在变幻莫测的智能手机市场，这些是最致命的弱点。如今，智能手机向大屏化方向发展，天线设计却总是朝着小型化的方向发展，这是一个二难命题。因此，手机天线复杂度已经达到空前的技术水平。

随着手机用户的增多导致运营商网络环境恶化，4G手机将可能采用MIMO（多入多出）天线分集技术，在发射端和接收端采用了多个天线传输和接收信号，以获取更好的信号质量，但是同时导致手机配置天线数量的增加，为天线设计带来更大的技术挑战。

3、智能手机的宽带化

智能手机通信主天线一般将GSM/EDGE与3G的一种制式集成在一起，需要进行天线的宽带化设计，带宽天线设计一直是智能手机的重点。无论是PIFA、Monopole天线、FICA/AFICA，都有微带天线带宽狭窄的特性。未来4G技术的演进，也需要天线的宽度化发展。

4、智能手机天线的新工艺、新材料

智能手机天线在结构创新的同时，工艺技术也在创新，如三维LDS天线工艺崭露头角。LDS工艺在单组份注塑的部件上，利用激光在几秒钟之内在塑料部件表面成型电路，将成型电路激活，然后再金属化。LDS天线效率极高，为快速变更产品设计提供了极高的灵活性，并且提供在三维部件表面成型天线电路的方法。

新材料的研发也是手机天线设计的方向之一。新材料技术不仅在于天线的贴片上，而且支架、外壳的材料上，越来越多的新材料广泛用于手机中，如苹果公司的天线窗口专利技术。

天线与结构的一体化设计，也是智能手机系统设计的重点考虑内容。

5、智能手机的标准化

2001年CTIA制定OTA标准，我国也一直推行和制定着OTA标准化。2008年8月1日，我国制定移动终端入网需要进行天线性能（OTA）部分的总辐射功率测试， TD-SCDMA终端的天线性能开始强制性测试（总辐射功率测试和总全向灵敏度），测试要求在模拟人头旁边进行。目前，OTA标准变更为YD/T 1484-2011，增加了人手模型相关测试要求。智能手机的低SAR化是天线设计的重要趋势。

射频、结构与天线一体化和标准化设计是智能设计天线的未来发展趋势。

6、智能手机天线的知识产权保护

智能手机的天线专利是必不可少的，专利大战时刻提醒我们专利的重要性。三星的双天线设计专利、摩托罗拉的FICA天线专利和苹果的专利等，已成为遏制竞争对手的重要利器，为拖住竞争对手、快速推广和抢占市场赢得先机。

技术创新是智能手机天线设计的必然之路。如今的iPhone 4S机身外配置双天线，相互之间进行智能信号切换，保证数据传输和信号接收能力，防止通话中断。MIMO系统在提高信道容量、传输速率、信道可靠性和降低误码率有着各种优势。标准表面贴装（SMT）天线方案也是未来天线的发展趋势，Taiyo Yuden公司在低温共烧陶瓷（LTCC）制作的双层螺旋天线，应用于3G智能手机，以便采用标准化、模块化的天线设计。

Antenova公司将GPS无源天线与射频封装在同一模块中，研制高度集成的GPS射频天线模块，与高性能、低功率接收机芯片相结合，以适用于GPS的L1波段和A-GPS系统。

智能手机的快速发展，带动了天线行业在标准化、宽带化、模块化、设计自动化、知识产权化等方面的重大变化。未来几年，我们将看到该行业所取得的重大技术创新成果，并应用、服务于大众，智能手机天线行业的变革已经到来！