■手機天線基本理論   

■ 關鍵技術

1.毫米波(mmWave)

2.QAM 四象限振幅調變 (又稱正交振幅調變) 

3. 毫米波波束成形(Beamforming)天線技術

手機通訊使用頻寬分兩大派別:Sub-6與mmWave,其主要差異如下表

各種頻寬基地台的覆蓋區域大小圖示如下:

【視頻】How does an Antenna work? | ICT #4

【視頻】 cellular networks: 6 new technologies

         https://www.youtube.com/watch?v=hQvHNVRv_ms

■毫米波 (mmWave)

      NR (New Radio) 波段

 毫米波頻率並非僅僅稍高一點，其頻率甚至超過 2Hz。

優點 : 毫米波有很大的頻寬, 毫米波的頻寬是 24.Hz 到 28.3Hz，

所以頻寬接近 Hz，容量是 的 10 倍。

缺點 : 毫米波實在太容易受到影響而產生衰減。對毫米波產生影響的事物很多，

其中尤以毫米波無法在建築物外給建築物內部提供服務。

在設計手機時，因為手持方式，還要耗去不少天線。不僅如此，

空氣（實際上是氧氣）對毫米波產生的衰減作用也非常大，

以至於毫米波的傳播範圍受限於 200-300 米（約 700-1000ft）。

所以，每隔 200m 左右就需要修建基地台小型基地台。

【視頻】全方位瞭解毫米波和技術

■ QAM 四象限振幅調變(又稱正交振幅調變)

  ●電磁波調變種類

 ● QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

      是一種在兩個正交載波上進行振幅調變的調變方式。

  這兩個載波通常是相位差為90度（π/2）的正弦波，因此被稱作正交載波。

  所以被稱作正交載波。 QAM可以有4QAM、16QAM(4bit/symbol)、

    64QAM(6bit/symbol)、256QAM(8bit/symbol)、1024QAM(10bit/symbol)

  等調變方式

【視頻】電磁波調變原理

            https://www.youtube.com/watch?v=i0-tfQdHqRM

●16 QAM 調變技術的基本原理company in Taiwan and Vietnam. The FT-RF main profession in R&D and manufacturing of antenna, be alongside of to be subjected to any OEM of nation and ODM, provide the product of the best quality and let the sale has the price of competition ability most , is the target that the FT-RF has been making great effort.

16 QPSK是利用 PSK 和 ASK 混合調變技術，下圖 (a) 為每一筆訊號之向量圖，

如果以零角度為 cos 座標，900 度為 sin 座標，各筆訊號的四象限位置如 下圖(b) 所示。

    但 QAM 的調變技術在製作上與 QPSK 有點不同，它是以反方向製作，

  原理如下說明：依照三角函數計算，PSK 和 ASK 混合調變後訊號，都可以

  轉換成 sin 和 cos 的函數訊號的合成：（A 和θ 是變化性的）

Acos(2πfCt + θ) = A1cos(2πfCt) + A2 sin(2πfCt)

  因此，在 QAM 的調變技術之中，我們可以取某些位元由 A1cos(2πfCt) 來表示，

  以變化不同的 A1 表示位元資料，另一方面，某些位元由 A2 sin(2πfCt) 表示，

  也是變化不同的 A2 表示各種資料。再將兩序列的訊號混合起來

  （A1cos(2πfCt) + A2 sin(2πfCt)），就成為 QAM 調變訊號。

   製作方式如下圖 (a) 所示，首先將輸入之位元分為 X、Y 兩群，

    X 值用 cosine 波形調變，成為 I（In-phase）分支訊號；

     Y 值用 sine 波形調變，成為 Q（Quadrature）分支訊號，

    兩分支訊號再混合而成，也因此稱之為『四象限振幅調變』（QAM）。

    下圖 (b) 為 16-QAM 之四象限座標圖。

  （ 摘自  http://www.tsnien.idv.tw/Network_WebBook/chap14/14-6%20ADSL%20調變技術.html ）

●QAM 調變技術與 WiFi 的演進

■毫米波波束成形(Beamforming)天線種類

  1.全像式波束成形(Holographic Beamforming, HBF)天線

    2. 相位陣列天線

    3. MIMO/massive MIMO天線

1MHz to 70GHz Antenna , Design , Manufacture       【TIPS】MIMO = Multiple-input Multiple-output 多輸入多輸出

■大規模多輸入多輸出(massive MIMO)天線

  手機和基地台（Femtocell）都需要大量波束成形(Beamforming)的MIMO天線

Massive MIMO天線採用貼方式製作,是一種貼片天線（patch antenna）

●MIMO貼片天線構造

    毫米波天線陣列一般是基於相控陣的方式，具體實現方式又可以分爲

            AoB （Antenna on Board，天線陣列位於系統主板上）、

            AiP （Antenna in Package，天線陣列位於芯片的封裝內），與

            AiM （Antenna in Module，天線陣列與 IC 形成一模組）三種。

  目前 AiM 方式爲業界普遍接受。

      典型MIMO天線,由64個IC、256個雙極化天線組成,如下圖

■手機的毫米波天線        

     多個mmWave天線模塊（如QTM052和QTM525）位於不同的位置，

     如下圖所示。基帶調製解調器根據最強信號的來源在天線模塊之間切換。

      所有這些都是在一毫秒的時間內實時發生的。

      【TIPS】手機天線使用的雷刻成型製程有LCT及LDS兩種

                       LDS (Laser Direct Structuring) ,LCT ((Laser Circuit Technology)

        每個毫米波陣列目前使用四個雙極化貼片天線，每個天線都有一個發射/接收

    開關、低雜訊放大器（LNA）和功率放大器（PA），使用-SOI緊密集成。

    每個放大器只能輸出大約15 dBm的線性功率，因此可以使用多達8個天線

    來達到20 dBm以上的EIRP水準

■基地台密度與手機輻射之關係

  手機的輻射強度與基地台信號強度密切相關。

【基地台輻射計算例】

  假設基地台的發射功率是40W，天線增益15dBi，你站在距離基地台50米遠處，

 基地台高約30米，那麼受到的輻射大約是多少？

  考慮了天線的定向增益15dBi，並假設你處於最大增益處受到的輻射。

  根據上圖右上角中的公式,計算出所在位置 :     

  因mW = 10^(dBm/10)  ,所以 15 dBm = 10^(15/10) = 31 mW

  距離基地台50米遠時， 功率密度=(40*31)/(4*3.14*50^2)=0.04 W/m²。

  距離基地台10米遠時，功率密度=(40*31)/(4*3.14*10^2)=1 W/m²。

  如果你再往塔下走，雖然距離近了，輻射較小，但是你可能落入天線副瓣。     

●基地台的密度越大、功率越小、輻射越低 

離基地台越遠，基地台信號就越弱，手機發射的功率會越大。

就好比兩個人說話，距離越遠，越要大聲叫喊；距離越近，越能小聲說話。

所以，基地台的密度越大，手機接收的信號越強，手機的輻射也相應減少。