重要結(jié)論：

1、5G分為低頻和高頻，國內(nèi)低頻進展快

2、5G低頻對手機天線、后蓋的影響都不大

3、5G高頻天線變化巨大，放在手機內(nèi)部，則后蓋最好用非金屬

4、相比于頻率提升帶來的損耗而言，陶瓷玻璃等介質(zhì)對電磁波的損耗非常小

5、5G天線可提高增益以及采用波束成形等技術(shù)，解決損耗問題

6、5G低頻，塑料玻璃陶瓷后蓋都可以用

7、5G高頻，傳播損耗驟增需要多種5G技術(shù)解決，后蓋材料問題不是主要考慮的因素。現(xiàn)有天線方案，塑料陶瓷玻璃要是能用都能用，不能用就都不能用，沒有討論的意義。

8、如果要用無線充電，手機后蓋最好用非金屬

9、陶瓷玻璃都可以應(yīng)用于無線充電

10、陶瓷力學(xué)性能優(yōu)異、手感好，未來有望成為主流方案之一

5G是什么？

5G是第五代（5th Generation ）移動通信的簡稱，不是5G流量的5G，也不是說頻率5GHz的5G。

相比于4G，5G的各項參數(shù)都有質(zhì)的飛躍，簡單點說就是又好（移動時或者人多時信號照樣好）又快（速度快沒延遲）又?。ㄊ‰姡?/p>

5G有多快？給個直觀感受，那就是1秒鐘可以下載一部高清電影！

具體參數(shù)見下表

5G選用什么頻段？

目前來說，國際國內(nèi)主流規(guī)劃的5G頻段可分為5G低頻頻段和5G高頻頻段。

5G低頻頻段：主要是指6GHz以下的頻段。

近日，我國工信部發(fā)布意見稿表明，

3.3G-3.40GHz頻段基本被確認為5G頻段，原則上限于室內(nèi)使用；

4.8G-5.0GHz頻段，具體的頻率分配使用根據(jù)運營商的需求而定。

新增4.4G-4.5GHz頻段，但不能對其他相關(guān)無線電業(yè)務(wù)造成有害干擾。

5G高頻頻段：主要是指20GHz以上的頻段。

我國主要在24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高頻頻段正在征集意見，國際上主要使用28GHz進行試驗。

為什么5G分為低頻和高頻呢？
 

這個問題得慢慢道來，也可以跳過直接看結(jié)論

首先看看手機之間是如何進行通信的？

有線的部分就不多說了，主要說無線的部分。

手機和基站之間是通過一種叫電磁波的東西進行通信的。

電磁波是什么呢？

其實平時聽說的紅外、紫外、激光，還包括太陽光等等帶光字的，不管人眼能不能看見的都是電磁波。

電磁波主要有3個參數(shù)：振幅、頻率和波長。振幅主要表征的是電磁波的強度大小，先不多說了。

頻率和波長有個神奇的公式：

光速是不變的，所以頻率和波長是一一對應(yīng)的，知道一個就能求出另外一個。

因此，頻率或者波長相當于是電磁波獨特的標記。

頻段是什么？

用電磁波進行無線通信的地方有很多的，比如軍用雷達、電視、廣播、手機、wifi等等都是采用電磁波傳輸數(shù)據(jù)，只不過頻率不同。頻率相同的話，就會出現(xiàn)干擾，所以頻率是一個稀缺性資源，被占用了就沒有了。

一般來說，不同用途的電磁波頻率是有一個范圍的，比如3MHz-30MHz，這個范圍叫做頻段（也叫做頻譜資源），

而這個頻段的上下限之差就是所說的帶寬，比如3MHz-30MHz，這個帶寬就是27M。

在特定的一個用途中，比如電視機的使用的電磁波是處于在一個頻段里面的，這個頻段繼續(xù)劃分成更小的頻段，則對應(yīng)單個頻道比如CCTV1。

手機同樣如此，移動電信聯(lián)通都有各自的頻段的，移動2G3G4G也是對應(yīng)不同的頻段。

例如經(jīng)常說的“GSM900”、“CDMA800”，其實就是工作頻段900MHz和800MHz的意思。

目前國內(nèi)主流的4G頻段在1.8GHz-2.7GHz之間。

為什么從1G到5G，使用的頻率越來越高？

最簡單直接的回答是：因為低頻率的頻段基本都被占用完了，只能往高頻的劃分了。

為什么頻率越高，速度越快？

因為高頻率下的頻帶還沒被劃分，可以用的帶寬高。

可以把帶寬比作路寬，路越寬可以分的車道（信道）就越多，網(wǎng)絡(luò)速度比作總的車流量，所以車道越多總的車流量越大。

當然，影響總的車流量的因素還有很多，在下面會詳細解釋。

邏輯1：頻率高→頻帶未占用→帶寬高→信道多→速度快

頻率是不是越高越好呢？

當然不是的，根據(jù)上文提到的公式：頻率越高，波長越短

波長越短，電磁波就越趨近于直線傳播（繞射能力越差）。

比如激光筆（波長635nm左右），射出的光是直線，擋住了就過不去了，也就無法進行信號傳輸了。

此外，頻率越高，傳播過程中的衰減也越大，這點后面還會詳細解釋。

繞射能力差，單個基站信號覆蓋的范圍就越小，所以為確保信號覆蓋，基站的數(shù)量就要增加。

邏輯2：頻率高→波長短→繞射能力差→基站覆蓋范圍小→基站數(shù)量增加→成本提高

邏輯1：頻率高→頻帶未占用→帶寬高→信道多→速度快

兩個結(jié)合起來看，就明白了：因為低頻和高頻各有優(yōu)缺點。

5G低頻下，速度提升較小，成本提升也較小，

5G高頻下，速度提升較高，成本提升也較高。

當然，5G的速度和成本也不單單是頻率影響的，可以利用新型多址、波束成形、MIMO、載波聚合等眾多技術(shù)提高頻譜的效率，有望在提升速度的同時有效控制好成本。

關(guān)于具體的技術(shù)就不詳細展開了，可以用車流量的比喻來簡單理解各項技術(shù)。

毫米波是什么？
 

如果按頻率28GHz來算：

波長將達到10mm的級別，也就是毫米波。

因此，毫米波只是在5G高頻頻段才會出現(xiàn)，而在5G低頻頻段，波長在6-10cm左右，和現(xiàn)今的4G頻率下的波長11-16cm差異不大，仍屬于厘米級別。

為什么要關(guān)注波長呢？

因為電磁波的接收和發(fā)送是要通過天線來進行的，而根據(jù)遠距離通信（距離遠大于波長）天線設(shè)計的原理，天線的長度理論上是1/4波長或者1/2波長，可以使效率最大化。

而除了通常的2G、3G、4G通信是需要天線，手機中的WIFI、藍牙、gps功能也都需要天線的。wifi的工作頻率在2.4－2.4835GHz和5.150－5.850GHz之間，藍牙的頻率在2.402G-2.480G之間。

根據(jù)：頻率→波長→天線長度的推導(dǎo)關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)目前的通信主天線、WIFI、藍牙天線的長度基本都在幾個cm左右，包括5G低頻階段，天線的長度還在1.5-2.5cm。

注：頻段為一個范圍，表中只給了一個近似值，并不是精確值

NFC和無線充電的天線超級長？

傳統(tǒng)天線工作距離遠大于工作波長，工作于遠場區(qū)，比如手機天線，需要接收幾百米直到十幾公里外的基站信號。

而手機NFC有一個標準的頻率為13.56MHz、無線充電頻率為22KHz和13.56MHz，這兩種功能也需要天線（線圈），但這種兩種天線工作于近場耦合區(qū)（工作距離遠小于工作波長），原理是基于電場耦合，電磁感應(yīng)或者磁共振。因此天線長度和波長關(guān)系不大，而是線圈的面積和匝數(shù)影響較大。

NFC2.4GHz天線和普通的藍牙wifi天線長度差不多，NFC2.4GHz工作范圍要比13.56MHz大得多，因此安全上會存在些問題。

目前applepay等支持的是NFC2.4GHz，三星pay和銀聯(lián)用的是13.56MHz。

手機中天線的長度是如何測量的？

手機中天線算的是兩點間的導(dǎo)線周長（無相交點），而不是兩個端點直接的直線距離。

手機里各種天線長什么樣子？

先看下三星S8的天線，有個概念：手機中有各式各樣的天線。

對于通信（主）天線，隨著1G、2G、3G、4G的發(fā)展，頻率越高，波長越短，天線也越來越短，設(shè)計從以前大哥大的外置式，到目前主流的內(nèi)置式或者用金屬中框當做天線。

外置式的其實就是一根金屬線，已經(jīng)成為老古董了，就不多解釋了。

內(nèi)置式主要分為3種工藝：FPCLDS金屬中框

簡單點說：

PFC: 就是用塑料膜中間夾著銅薄膜做成的導(dǎo)線

第一代iPhone到iPhone3G、iPhone3GS，均采用了FPC天線設(shè)計結(jié)構(gòu)。

LDS：就是在塑料支架上用激光刻出形狀后，再電鍍上金屬形成的。

三星s9除了NFC無線充電都是用的LDS方案的。NFC使用的是FPC方案。

左圖是FPC天線，右側(cè)是LDS天線

無線充電使用的是FPC+扁平線圈組成的，關(guān)于無線充電的方案又分為FPC、扁平線圈、密繞線圈，就不展開詳細說了。

金屬中框：就是把手機的金屬框部分當做天線

iPhone 4開始使用中框方案，

因為不同天線的長度有不同的要求，所以把中框間隔開來進行設(shè)計

iphone6看似一體的的金屬后殼，使用塑料填充，其實是被切分成A/BCD/E三段，A、E分別為上部分天線和下半部分天線，中間BCD部分是相互導(dǎo)通的，充當天線接地部分。

iPhone6上半部分有通信副天線、雙頻WLAN、藍牙、GPS、NFC等功能。

iPhone 6下半部分有通信主天線。

5G對手機天線有什么影響？

這得分5G低頻還是高頻來看，

5G低頻→MIMO技術(shù)→天線數(shù)量增加→空間、設(shè)計難度增加

前面說過，5G低頻的時候，5G天線的長度和4G差別不大，那就是沒有影響了么？

有還是有的，雖然對長度影響不大，但是為了達到更高的速度，5G會多用幾根天線，就是MIMO技術(shù)，比如三星的4x4MIMO其實就是指發(fā)射端4根天線，手機端4根天線，

這樣來看，5G低頻下主要是天線數(shù)量的增加，而多個天線之間的位置形狀需要好好設(shè)計，這樣才能達到更好的效率。

5G高頻→天線陣列（大小、形式變化）→天線需要重新設(shè)計

5G高頻呢，這時天線大小降低到幾個毫米了，電磁波的頻率非常高，在空氣中傳播衰減較快，

為了減少衰減，目前主流的方案是計劃采用4x4或者8x8的陣列天線。

此外，為降低衰減還需要減少走線長度，最好的解決方案是天線和芯片緊靠在一起，每個天線配一個小芯片，甚至不排除未來天線會集成到芯片內(nèi)部的可能性。

這樣有兩個好處：

第一個很好理解，和5G低頻一樣，陣列的話數(shù)量增加了，就是MIMO技術(shù)。

第二個好處是可以做波束成形，這個不好理解，打個比方，就是之前的信號相當于電燈泡，是發(fā)散光到整個空間的，而波束成形就是把電燈泡變成手電筒，這樣所有的光線就會朝一個方向了。

天線和手機后蓋又有什么關(guān)系呢？
 

我們都知道，金屬對電磁波有屏蔽作用的

如果電線放在金屬板后面，電磁波從一面輻射而來，大部分能量被反射，小部分能量進入金屬，該電磁波會隨進入金屬的深度成e指數(shù)衰減（能量轉(zhuǎn)化為表面電流）。

對于同一頻率電磁波，電導(dǎo)率越高，衰減越快。

對于相同金屬材料，電磁波頻率越高，衰減越快。

所以，天線絕對不可以放在金屬板后面的。

比如，iphone3 的后蓋銀色的上半部分是金屬，下面部分是塑料。為什么要用塑料，就是為了在后面放天線的，

iPhone 3G、iPhone3GS多了對3G網(wǎng)絡(luò)的支持，為確保無線信號穩(wěn)定傳輸，兩者也都采用了塑料外殼。

而iPhone5，為了確保信號穩(wěn)定，iPhone5金屬后背采用三段式設(shè)計，上下兩部分是陶瓷玻璃，這也是為防止金屬屏蔽電磁波。

那為什么iphone6后蓋是全金屬的呢？

上文提到了蘋果從iphone4開始把中框做成了天線，iphone6金屬后蓋后面是沒有天線的！

因此，天線是從設(shè)計上是不能被金屬后蓋擋住的。

上面提到的要么天線放背面，不采用金屬后蓋或者部分不使用金屬后蓋；要么使用金屬后蓋，天線不放在背面。

使用金屬后蓋的話，目前主流的后蓋設(shè)計是iphone5類型的三段式、或者iphone6或7類型的注塑條形。

然而，目前采用iphone6類型的注塑條形后蓋的手機，想要做到雙天線還帶NFC，技術(shù)非常難。

目前來說只有iphone實現(xiàn)了，而魅族的pro6雖然號稱實現(xiàn)了，但實際的NFC功能并不完善。

日本村田設(shè)計了申請了一款新的專利，在攝像頭上面開槽，實現(xiàn)了在攝像頭處放置13.56MHz的NFC線圈。

5G天線，會對手機后蓋有影響么？

5G低頻下，天線數(shù)量增多，對天線的設(shè)計難度提升了，這是肯定的。

如果使用金屬后蓋，以iphone6、7為例，上下部分已經(jīng)放置了很多根天線，再增加2跟天線，設(shè)計難度肯定加大，但天線的形式未發(fā)生根本性的變化，設(shè)計難度應(yīng)該在可接受的范圍內(nèi)。

當然，如果是非金屬后蓋，比如三星s8，用LDS方案，4x4mimo天線空間上問題就不存在，設(shè)計上難度更小。

5G高頻，如果用4x4或者8x8的陣列天線，這時天線的數(shù)量和形式發(fā)生了根本性的變化，需要重新設(shè)計。

單個天線幾毫米，4x4mimo天線大小為10mmx10mm的正方形，如果放在手機厚度方向上，是不行的，所以只能放在背面上，因此陣列天線處的背板一定不可以是金屬，要么采用金屬后蓋開窗的方案，要么使用非金屬后蓋。

隨著無線充電即將普及，手機上再上無線充電線圈的話，那么手機后蓋只能采用非金屬了。比如三星s8就是使用的玻璃后蓋，既實現(xiàn)了4x4mimo天線，也加入了無線充電線圈。

非金屬后蓋塑料、玻璃還是陶瓷？

之前我們提到，金屬會對電磁波有屏蔽作用，iphone3使用了塑料，iPhone4使用了玻璃，iphone5使用了陶瓷來防止金屬屏蔽，因此至少在4G時代塑料、玻璃、陶瓷后蓋都是被證明可行的。

目前非金屬后蓋中，全塑料后蓋逐漸成為過去時，一般只用在低端機上；

全玻璃后蓋是主流方案，包括S8以及將要推出的iphone8都是用的玻璃方案；

全陶瓷后蓋是新鮮事物，目前只用于小米5尊享版、小米mix以及即將發(fā)布的小米mix2中使用，還有安卓之父設(shè)計的手機也是采用了陶瓷后蓋。

陶瓷憑借其優(yōu)異的性能和手感，有望成為手機后蓋主流方案之一。

以上還是站在目前的4G的時代來講，那么5G時代呢？

4G時代，塑料玻璃陶瓷對電磁波的損耗都很小，所以都可以使用。

但是材料對電磁波的損耗是和頻率成正比的，頻率越高，損耗越大。

損耗指的是能量變小，除了損耗，還有減慢，也就是波的相位變化。

5G電磁波在真空中傳播損耗已經(jīng)很大了

傳播損耗僅考慮由能量擴散引起的損耗，其大小只與電磁波本身的頻率F，傳播的距離D有關(guān)

電磁波在真空中傳播的損耗公式：L=32.45+20lgF(MHz)+20lgD(km)，F(xiàn)為頻率，D為距離，

由上式可見，真空中電波傳播損耗（亦稱衰減）只與工作頻率f和傳播距離d有關(guān)，當f或d增大一倍時，L將分別增加6dB。

dB=10log（A/B）是功率之比。dB越大，意味著距離A處的功率比B處的大的多，A和B之間的距離d越大，A到B之間的損耗越大。

反過來推斷，無線傳輸損耗每增加6dB,傳送距離減小一倍。

5G低頻下，相比4G頻率增加了約1倍，真空損耗增加了約6dB，將導(dǎo)致傳送距離減小一倍

5G高頻下，相比4G頻率增加了約10倍，真空損耗相比4G增加了20dB，將導(dǎo)致傳送距離不到4G的1/8

這還只是理想真空下，實際應(yīng)用中傳播損耗要比這大的多。

那么玻璃、陶瓷對電磁波產(chǎn)生的介質(zhì)損耗有多大呢？

對于一般材料而言，介電性能可以用復(fù)介電常數(shù)ε表示，ε'稱為ε實部，表征了材料極化程度或儲能容量；ε″為ε虛部，表征了材料的極化損耗。

但實際應(yīng)用當中，常常采用tgδ，即復(fù)ε虛部和實部的比值來定量描述電介質(zhì)的損耗。

對于陶瓷而言，

該論文證明了在8.2~12.4Ghz情況下，陶瓷的介質(zhì)損耗基本為零?。。?/strong>
（論文鏈接：http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXYB200803009.htm）