解析苹果5G毫米波八木天线专利 将用于5G iDevices设计

2017年底美国专利商标局公布了苹果公司的第一款八木天线（Yagi Antenna）专利。毫米波天线很可能会应用在苹果下一代5G网络设备中，如果一切顺利，毫米波5G网络将在2020年至2021年之间在美国推出。

然而毫米波技术在移动通信中应用还包括一系列的技术问题，包括毫米波的传播损耗大，容易受到环境因素的影响等，而这些技术问题苹果希望通过毫米波八木天线来克服。

图1 苹果的5G iDevices设计

苹果在其专利背景中指出，未来可能需要支持毫米波频段的无线通信。有时被称为极高频（EHF）通信的毫米波通信涉及大约10-400GHz频段。在这些频率上操作可能会支持更高的带宽，但同时也可能带来相当大的挑战。比如说，毫米波通信是一种典型的视距通信，在信号传播过程当中，会衰减大量的信号。因此，苹果希望能够向电子设备提供改进的无线通信电路，例如支持毫米波通信的通信电路。

苹果的发明就是为了改善无线通信电路，比如支持毫米波通信的通信电路。这种无线电路可能包含一个或多个天线，而每个天线可能包含相控天线阵，而当中又包含了许多天线单元。相控天线阵可能被用来处理毫米波无线通信，并有执行波束调控的操作。

相位天线阵列可能沿着电子设备壳体的边缘进行安装，在壳体背面中绝缘标志或其他天线窗口之后，也可能与壳体角落处的绝缘壳体部分进行对准安装，还可能是在电子设备的其他地方安装，相关专利如下图2所示。

图2 下一代iPhone和iPad的毫米波天线

基带处理器可能会以中频频率在中频信号路径上将无线信号分配给相控天线阵。相控天线阵上的收发器电路可能包括耦合到中频信号路径的上变频器和下变频器。这种布置可以使得路径损耗最小化，通过将中频频率将信号分配到相控天线阵列上并在本地将中频信号转换成天线的射频信号的方法。

图3 苹果的八木天线在手机上的位置

而这种印刷电路板天线可以包括八木天线。每个八木天线可以具有反射器，散热器和一个或多个引向器。电子设备可以具有带电介质区域的金属外壳。电介质区域可以是金属外壳或其它电介质区域中的填充了塑料的槽。

反射器，散热器和引向器可以被配置为使得每个天线具有与金属壳体中的电介质的相应部分对准的辐射图案。在具有多个衬底层的印刷电路板中，天线中的不同导向器可嵌入在不同的成对的衬底层之间以形成垂直取向或者对角线定向的辐射图案。天线的导向器也可以沿着印刷电路板的表面形成，使得天线呈现水平定向的辐射图案。

例如专利说明书中图3所示的天线＃40可以是八木印刷电路板天线和/或其他合适的天线。

此外，苹果专利图3是说明性配置中的iDevice的后视图，其中每个角＃50已经设置有由多个天线形成的相控天线阵列。如图3所示，每个拐角具有由三个相应的天线40形成的阵列，定向为0度，45度和90度。使得相邻天线具有沿着45度分开的方向定向的辐射图，并且每个角落处的天线阵列可以具有任何合适数量的天线（例如，两个或更多个，三个或更多个，三个到五个，三个到八个，少于五个，少于十个等等），并且这些天线可以通过任何合适的角度量（0-45度，10-30超过5度，小于25度，小于75度，等等）向外辐射。

图4  5G即将成为现实

除了在未来的iDevices和Macs中使用，苹果指出新的天线还可能会应用于其他可能的未来设备中，例如嵌入在眼镜或其他用户头戴设备中，抑或其他可穿戴的微型设备、电视机、不含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备和诸如在售货亭或汽车中内嵌了显示器的电子设备上的嵌入式系统。

考虑到这是一项专利申请，此类产品上市的时机目前还不得而知 - 尽管5G网络可能会在未来几年中实现。

本文来自《RF大世界》