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公司 2010-6-21 10:00

iPhone 4 : 厚度猜想

iPhone 不是神物,它也有软肋:糟糕的续航能力、单任务、以及掉话率。看看前几代,恼人的掉话率,招来了大量的用户投诉。Price Mclean 在 深入iPhone 3G 掉话根源 一文中对于 iPhone 掉话的原因作了一定的分析,列举了几个可能导致掉话的因素:运营商的网络、英飞凌的芯片、生产制造过程、firmware等等;虽然 Apple 和 AT&T 在 iPhone 掉话问题上存在一定的分歧,但正如文中指出的那样:随着 iPhone 在欧洲也陆续接到用户投诉后,这个问题, Apple 已经无法再逃避。在 iPhone 创造无数传奇的背后,是消费者对于稳定的话音通话期盼的眼神,Apple 虽不愿自揭伤疤,却又不得不被别人一次次的提起。掉话,成了乔布斯的一块儿心病。

iPhone 4 来了,带着增大的电池持久力, iOS 4 的多任务能力,依旧是在人们的欢呼声中,它来了。 FaceTime 、 Retina Display 、 HD video recording,也无一例外的作为这一代的特色功能被 Apple 列在了 iPhone 主页最显著的位置。
是的,iPhone 4来了。然而提前的曝光,在 WWDC10 上,让我们对它的Retina Display、Multitasking没有了更多的期许;但是,不论是从 Gizmodo 还是越南人的曝光视频上,都给我们留下一个疑问:全金属外壳上那“三道疤”是什么?甚至有人因为这种“残缺”的设计,在曝光初期还曾怀疑过iPhone 4 的真假。

于是我们看到,答案揭晓时,乔大人在 WWDC10 专门花了一段时间说明:这是 iPhone 4 天线设计的一部分。全场惊呼,是的,多么天才的设计!使得原本已经很悲剧的 iPhone 天线,有了外部的“依靠”。好牛掰!相信ifanr的读者们都是博览群“机”,但这种设计大家应该还是第一次见吧?

来看看 Apple 对这个不锈钢边带设计的官方说法:

采用 Apple 自有的合金铸成,比标准钢的强度大5倍。这种不锈钢的边带设计能够给予机身最大的硬度支撑并且允许 iPhone 4 的这种纤薄设计。当然,它也是 iPhone 4 天线的一部分。

Apple 为何如此引以为傲?除了忽悠神秘的“自制合金外边带外”,难道连天线设计也要顺带忽悠?在D8采访时,乔布斯曾说:在AT&T的网络上,iPhone接收效果不久会变得更好。原本以为AT&T在不惜一切代价改进他们的全美网络覆盖,但是等到WWDC10发布后,突然反应过来,原来是iphone 4采用了新的天线设计方案,这种设计我们很少在其它的手机中看见。

不妨分析一下这种独特的天线设计,首先来对比iPhone 4 和iPhone 3Gs 的部分技术参数:

iPhone 4
• UMTS/HSDPA/HSUPA (850, 900, 1900, 2100 MHz)
• GSM/EDGE (850, 900, 1800, 1900 MHz)
• 802.11b/g/n Wi-Fi (802.11n 2.4GHz only)
• Bluetooth 2.1 + EDR wireless technology
iPhone 3Gs
• UMTS/HSDPA (850, 1900, 2100 MHz)
• GSM/EDGE (850, 900, 1800, 1900 MHz)
• 802.11b/g Wi-Fi
• Bluetooth 2.1 + EDR wireless technology

UMTS 增加了 900 MHz 频段,额外增加的频段需要补充 RF 模块来支持,占用了一部分原本天线能够利用到的面积;更为杯具的是, iPhone 4 增加了电池容量(电池容量增加16%),增大的电池不但占用了天线的使用面积,而且若天线离电池过近,一定程度上还会影响到天线的性能。

手机电池对天线性能影响强烈,电池会降低天线的谐振频率,同时还会降低它的效率。内置天线与手机电池的间距一般要求应在 5 mm 以上,目前 iPhone 4 增加的电池对于天线设计来说,是不折不扣的杯具。电池距离天线的具体距离还不得而知,但目前的这种大电池设计,5 mm 或许也是个奢望吧。

如果这些新设计还不会让 Antenna Engineer 顿时崩溃的话,那下面这个改变,足以让有丰富经验的天线工程师暗自垂泪。看看

另一组数据:

iPhone 4尺寸:115.2×58.6×9.3 mm;
iPhone 3Gs 尺寸: 115.5×62.1×12.3 mm;

9.3mm!厚度比 3Gs 足足减少了3mm。对于用户来说,这是个令人兴奋的数字。纤薄的设计,意味着手掌可掌握的区域更大,能够达到更好的触摸式体验。乔布斯当然知道厚度减少 3mm 对于天线设计来说意味着什么,然而他仍然坚持这种纤薄感,是否在向竞争对手们炫耀:看!这种厚度,iPhone 4 能够做到!

回想当年发布 Mac book air 时,通过装进档案袋的方式进行的广告宣传一样,这次 9.3mm 的厚度,亦是引来全场的欢呼。对于 smartphone 本已紧张的空间利用来说,也应该是个很大的突破了;苹果的首席设计师 Jony Ive 曾说:“iPhone 4 从开始设计时,就面临着两个互相矛盾的任务:赋予它更多的功能,并且最大程度的减少它的尺寸”。用户眼中手机设计一个小小的改变,对于技术实现来说,都是一次大胆的设计尝试。乔布斯愿意为了续航能力(采用大电池)而采用 MicroSIM 卡来节省空间,而为了9.3 毫米的薄度设计,牺牲天线的空间又未尝不可呢?手机设计中,牵一发而动全身的做法随处可见,但 9.3mm ,对于包含了 UMTS、GSM、Wifi、GPS、蓝牙的天线,确实是不小的挑战。

我们知道,手机天线主要分为两大类:外置天线和内置天线。外置天线在早期的手机设计中较为常见,但是它设计灵活度不大(一般位于手机顶部),体态庞大,易于损坏,对人体的辐射较大,在频分系统中,还需要对接受和发射电路采用不同的匹配电路。于是在后续的手机设计中,外置天线逐渐被“隐藏”进手机内部,使手机整体感觉更加简洁。

内置天线具有体积小,不易损坏,位置设计灵活,可将其安放在手机中远离人脑的方向以减少天线对人体的辐射等优点,逐渐成为潮流。内置天线设计中,PIFA 和 Monopole 是两种较为常见的天线类型(当然还有专门用于蓝牙、 GPS 、 Wifi 等的陶瓷天线)。

一般来说,天线的架设都尽量远离地面和建筑物,天线接近参考地的时候,大部分能量将集中在天线和参考地之间,无法很好的辐射出去,因此一个尽量开放的空间对于天线的辐射效率来说至关重要。在手机的天线设计中,手机电路版就是手机天线的参考地,让天线远离手机其它电路,即形成一个开放空间以提高手机天线辐射的效率。开放的空间意味着天线设计要求预留一定的空间:W (宽),L(长),H(高),其中:W(15-25mm)、L(35-45mm)、H(6-8mm),其中 H (高)和天线谐振频率的带宽密切相关。 W(宽)、L(长) 决定天线最低频率。H对应着高度,也就是 iPhone 4 中9.3mm的数值,对于天线的谐振点和频段带宽设计都带来了较为深刻的影响,相信三段式的不锈钢边带设计对于这两点的调节都是有益的。等到 iPhone 4 真机开卖后,可以通过测试 850MHz(掉话频段)和 900MHz(新增频段)的天线参数看看,是否真如乔布斯所说,接收效果有了更好的提升?

上面仅仅列举了天线设计中两个至关重要的因素,考虑到iPhone 4 天线的复杂性(UMTS 四频段, GSM 四频段,蓝牙天线,WIFI天线以及 GPS 天线,天线间隔离度亦是很大的问题),面临的困难不言而喻。但是,在 iPhone 天才的工程师面前,这些似乎都不是问题, “依靠外围支撑”的天线设计出现了。毫无疑问,它已经通过了 FCC 和 AT&T严格的测试,即将接受广大人民群众的严格检验。暂不好评论这种设计在实际应用中是否能够有效降低通话率,可以想到的是:如果掉话率有改进,配合“纤薄智能机”+“外围天线”,这将是一款能够将任意空间和材质运用到天线设计中的革命性产品。

当然,这种近乎天才的设计是否有其它无法解决的问题?正如 Andrew Berg 在 iPhone 4天线的巨大改进 一文中指出的那样:目前的设计让部分天线暴露在外面,当手持机身时,身体的阻抗会对天线性能产生巨大的影响。手指的一个触碰,将会通过不锈钢边带改变整个天线的磁场结构, Apple 又是如何解决的呢?6月24号 iPhone 4 正式发售的时候,也正是实践出真知的时候了。也许,以后,我们的担心将不再继续。

By XiaoNi ,转载请注明 ifanr.com 及原文链接 | Follow @XiaoiNi

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