手机毫米波天线设计再度突破
原标题：手机毫米波天线设计再突破：基于AiAiP的创新手机天线设计，兼容全面屏、60-GHz毫米波，与LTE天线！
毫米波科技于手机上的应用除了熟知的5G毫米波外，另一潜在的新兴应用便是60-GHz毫米波的运动（如：手势或头部动作）识别雷达。而显示屏是手机极为重要且显性的关键特点（feature），随着2017年而起的全面屏风潮，对现今主流手机而言，大屏或高屏占比的设计，早已成为标准的基本配置。然而，对于用户多数的手机无线操控运动，尤其是手势或头部动作，往往侦测的方向是需朝向显示屏前方，而此隐含着雷达天线的辐射方向图应是出屏面而朝用户的方向。而目前的主流设计为在显示屏上开设无金属遮挡的天线窗口（如：刘海notch）而在此窗口下放置60-GHz毫米波的AiP（antenna-in-package）方案（或直接采取非高屏占比的设计以可在非屏区下装设60-GHz毫米波的AiP模块）；如此，雷达波束方可有较佳的辐射出屏面而朝向用户，以有助用户的无线操控体验。然而，此设计常会影响甚而阻碍手机高屏占比或是全面屏之设计，而显示屏的观感与体验却又如前所述往往是手机重中之重。故，如何于手机上兼容全面屏与60-GHz毫米波运动识别雷达便成为手机天线研究与设计的新热点课题。
近日，一篇去年由vivo移动通信公司天线预研团队投稿基于AiAiP [1]–[3]的手机毫米波天线创新设计以可兼容手机全面屏与60-GHz毫米波天线的研究文章[4]于今年的EuCAP（欧洲天线与传播会议）线上刊出，此创新设计不但有助于未来手机全面屏与60-GHz毫米波天线及LTE天线三者兼容设计的新思路拓展，且此设计亦纳入了手机的屏幕玻璃与玻璃粘胶对毫米波天线的覆盖，故更具实际的设计指导功用。
文章作者表示：“此研究的主要框架与思路起源于2018年下半年，于2019年投稿文章前已进行相关专利申请，而此设计理念秉承了先前同样地由此天线预研团队所提出的AiA [5]–[6]及AiAiP [1]–[3]思维，即把原先对天线设计为不利或制约因素的金属边框，转化为对天线设计有利而助益的天线载体，以可突破原先的设计限制，并兼容全面屏设计，而达到有效辐射的目的及更有竞争力的产品。因基于金属边框设计的毫米波天线的辐射方向要求需出屏面而朝向用户，但受限于有限的金属边框厚度及有限的机内堆叠空间，一般形式的天线设计方案[7]–[10]往往较难同时满足产品与辐射的需求，故此处方案为于金属边框上设计嵌入式（embedded）的H面扇形喇叭天线（H-plane sectoral horn antenna），以良好地复用狭窄的金属边框作为喇叭天线的边界金属（因H面的喇叭天线是平行沿着（而非正交于）金属边框进行长边开口，故无需增加金属边框的厚度，即不影响全面屏的可视区（active area），即A.A.区，的占比）并可得到所需的出屏面而朝用户的辐射方向图，且此60-GHz毫米波天线也进一步与金属边框的LTE天线进行嵌入式的集成设计，故此两类天线可共享金属结构而臻至更为紧凑且克服金属屏蔽的设计；此外，若整机条件允许，此设计亦可进行多处布局放置，以达用户更优的无线操控体验。于此抛砖引玉，望各位老师、学者专家，与朋友先进，惠予匡斧指导。”
参考文献：
[1] H.-C. Huang, “Overview of 5G mm-Wave Antenna Design Solutions in Cellular Phones: AiP, AiA, and AiAiP,”IEEE Antennas Propag. Symp. (AP-S), Atlanta, GA., USA., Jul. 2019, pp. 1071–1072.
[2] Y. Wang, H.-C. Huang, and X. Jian, “Novel integrated design of dual-band dual-polarization mm-Wave antennas in non-mm-wave antennas integrating a package (AiAiP) with a metal frame for a 5G phone,” Eur. Microw. Conf. Central Eur., Prague, Czech, May 2019, pp. 415–418.
[3]“5G手机天线设计再升华：基于AiA设计，vivo再创新发布双频双极化5G毫米波与LTE天线整合封装（AiAiP）设计”，微波射频网（www.mwrf.net），2019年3月8日。
[4] H.-C. Huang, H. Zha, and Y. Wang, “Embedded 60-GHz mm-Wave Antennas in Non-mmWave Antennas Integrating a Package (AiAiP) for Motion Recognition in a Full-Screen Metal-Framed Cell Phone,” Eur. Conf. Antennas Propag., Mar. 2020 (accepted).
[5] H.-C. Huang, Y. Wang, and X. Jian, “Novel Integrated Design of Dual-Band Dual-Polarization mm-Wave Antennas in Non-mm-Wave Antennas (AiA) for a 5G Phone with a Metal Frame,” Int. Workshop Antenna Techno., Miami, FL., USA., Mar. 2019, pp. 125–128.
[6]“5G手机天线设计新里程：突破金属外观限制，vivo惊艳领跑发布双频双极化5G毫米波与LTE整合天线（AiA）设计”，微波射频网（www.mwrf.net），2019年2月1日。
[7] I. Nasr, R. Jungmaire, A. Baheti, D. Noppeney, J. S. Bal, M. Wojnowski, E. Karagozler, H. Raja, J. Lien, I. Poupyrev, and S. Trotta, “A highly integrated 60 GHz 6-channel tranceiver with antenna in package for smart sensing and shortrange communications,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 51, no. 9, pp. 2066– 2076, Sep. 2016.
[8] K. Yao, S. Lan, H. Tang, Z. He, and C. Yang, “A 24GHz micropatch antenna array for human hand gestures detection,”IEEEUSNC-URSI, Boston, MA., U.S.A., Jul. 2018, pp. 95–96.
[9] S.-T. Huang, and C.-H. Tseng, “Hand-gesture sensing Doppler Radar with metamaterial-based leaky-wave antennas,”IEEE MTT-S Int. Conf. Microw. Intelligent Mobility, Nagoya, Japan, Mar. 2017, pp. 49–52.
[10] Y. Wang, and A. E. Fathy, “Micro-Doppler signatures for intelligent human gait recognition using a UWB impulse radar,” IEEE Int. Symp. Antennas Propag. (AP-S), Spokane, WA., U.S.A., Jul. 2011, pp. 2103–2106.
[11] D. Liu, X. Gu, C. W. Baks, and A. Valdes-Garcia, “Antenna-in-Package design considerations for Ka-band 5G communication applications,”IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 65, no. 12, pp. 6372–6379, Dec. 2017.
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[13] W. Hong, K-H. Baek, and A. Goudelev, “Grid assembly-free 60-GHz antenna module embedded in FR-4 transceiver carrier baord,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 61, no. 4, pp. 1573–1580, Apr. 2013.
[14] Y. P. Zhang, and D. Liu, “Antenna-on-chip and antenna-in-package solutions to highly integrated millimeter-wave devices for wireless communications,”IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 57, no. 10, pp. 2830–2841, Oct. 2009.
[15] Z. N. Chen, B. P. Gaucher, D. Liu, U. R. Pfeiffer, and T. M. Zwick, Apparatus and methods for packaging dielectric resonator antennas with integrated circuit chips, US patent 7,504,721 B2, Mar. 2009, pp. 1–15.
[16] K.-L. Wong, and Y.-C. Wu, “Small-size dual-wideband IFA frame antenna closely integrated with metal casing of the LTE smartphone and having decreased user’s hand effects,” Microwave Opt. Technol. Lett., vol. 59, pp. 2853–2858, Dec. 2016.
文章来源：微波射频网
