vivo首席天線專家黃奐衢博士 剖析全面屏手機天線設計

臺灣大學電信工程研究所電波組 (天線設計領域) 博士，曾于美國加州大學洛杉磯分校 (UCLA) 進行博士研究，現為國際IEEE天線學術期刊 (AWPL) 審稿委員。迄今從事高端智能手機及平板天線研發與設計12年，曾任職多家全球智能手機領先企業，如: HTC/ Nokia/ Huawei/ Apple 等，目前有約35篇的海內外 (美國/ 歐洲/ 日本/ 德國/ 臺灣/ 大陸) 的天線專利、64次的公司內外培訓與演講，與11篇IEEE的天線研究文章。目前服務于vivo，擔任首席天線專家，負責前沿天線技術的研究與開發。此外，亦為中華區兩岸四地第1位美國項目管理學會 (PMI) 的7證獲證者 (PMP/ PgMP/ PfMP/ PBA/ ACP/ RMP/ SP)。

2017年10月19日，由中國通信工業協會3D曲面玻璃分會/ 廣東省觸控及應用產業協會/ 中瑞會展/ 中新材會展在深圳所共同舉辦的“3D曲面玻璃 & 全面屏手機高峰會”上，vivo首席天線專家黃奐衢博士應邀針對《全面屏手機天線設計簡介》進行演講。此次是黃奐衢博士繼今年9月23日同樣是在深圳舉行的一“手機全面屏技術發展論壇”上領跑手機相關業界首次從整機系統設計角度發表《全面屏手機天線設計簡介》的演說后，回響熱烈、佳評踴躍，黃博士再次受邀對此主題向全場超過740位的參會嘉賓進行演說。

vivo首席天線專家 黃奐衢 博士再次受邀針對《全面屏手機天線設計簡介》發表演講

“天線、天線，以天為線，謂之天線：天為無形之線，線為無盡之天，天為線，線為天，無拘無束，無窮無遠！”
黃奐衢博士別開生面地以上方這段極其優美且饒富詩意及哲思的文句，為此次精彩與專業的演講進行了新穎、生動、形象，且深具啟發性的開場和破題，充分地展現出黃博士對天線出眾超群的理解高度、深度，與廣度，頓時間，便使全場 740多位的嘉賓聚睛豎耳、凝神貫注。

在場嘉賓專注凝聽 vivo首席天線專家 黃奐衢 博士發表演講

黃博士首先對天線的基本概念進行介紹，黃博士指出天線的基本性質是一電磁能量傳遞的過渡元件(transition component)，其主要功用是對板端與自由空間端間的電磁能量進行平滑有效率地(efficiently)收發傳遞與傳播，亦即起到阻抗漸變的橋接(bridging)作用。而天線在無線通信鏈上，其為發射鏈路的最后一級，但卻又是接收鏈路的第一級，即其同時身兼前鋒及后衛的角色，故天線在無線通信鏈路上的占據著極為關鍵的要塞關口地位與高度。相較于其他被動(passive)元件，因天線的特殊性、豐富性，與關鍵性，故在國際電機電子工程師學會(IEEE)中，天線此元件便單獨成立一學門(society)，即APS (Antenna and Propagation Society)。而黃博士也表示，天線之于無線通信設備，猶如眼耳至于人類，天線性能的低下往往會造成高的掉話率與短的無線通信距離，好比眼耳因近視或弱聽造成人類較模糊或較短距的視力與聽力品質。

vivo首席天線專家 黃奐衢 博士為此次專業與精彩的演講進行別開生面的開場與破題

此外，黃博士通過引用美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)教授同時也是APS前主席Yahya Rahmat-Samii的文章而非常鮮活且形象地提出，天線工程師(engineers)就是天線設計師(designers)，更是藝術家(artists)！因為作為藝術家，梵高用其一支支的彩筆與一張張的畫布，涂繪出一幅幅動人心神的曠世巨作；而天線設計師則是用一根根的天線與一方方的天空，揮灑出一道道無形卻絢麗的輻射方向圖(radiation pattern)，所以天線工程師就是電氣的藝術家!

vivo首席天線專家黃奐衢博士引用UCLA Yahya Rahmat-Samii教授文章提出天線設計師即藝術家

 在別出心裁且精彩生動地講述天線的概念后，黃博士進入了更為技術性的分析部分，黃博士表示“所謂天線性能的好壞，在且不論及輻射方向圖 (radiation pattern) 時，基本可用天線的效率來評判，亦即在指定的帶寬與場景下，若能達到要求的天線效率，便是性能好的天線（但這不意味著天線的尺寸是最優的）”，且黃博士提出影響天線性能主要的四個大維度，即﹕材料(material)維度、結構(material)維度、電氣(electrical)維度，與環境(environmental)維度。而黃博士進一歩比較傳統手機和全面屏手機在此四個大維度上的差別，并提點出全面屏手機在結構維度上，可擺放天線的位置(即placement)更受限了，且天線距鄰近金屬結構與物件更近了，而天線的凈空區(clearance area)也縮小了；而在環境此維度上，也較以往更為嚴峻，因此時屏更靠近天線，而屏對天線效率有吸收的劣化作用。故基于上述兩維度的分析，為了達到或維持合格的空口(Over-the-Air, OTA)性能以達良好的用戶無線體驗，在電氣此維度上便需做更高(more demanding)的要求，如﹕天線設計能力的提升、新天線制程與實現工藝的開發和導入、數目更多/ 功能更強/ 性能更優的電調諧器件的使用、更好的傳導性能(conducted performance)（如：更高的傳導發射功率，或如HPUE (High-Power UE)，與更好的傳導靈敏度），及更低的器件和路徑損耗等。

vivo首席天線專家 黃奐衢 博士對比傳統手機與全面屏手機在影響天線性能四大維度上的差異

黃奐衢博士再更深一層地雙向系統性詳細剖析天線與屏兩者的關系，而黃博士表示屏對天線的常見影響或風險主要大項有﹕效率的降低(如前述原因)、電子噪聲干擾(de-sense) (主要是因高速數位信號中的高頻諧波能量耦合入天線)，與用戶體驗的劣化(因來自更受限的天線擺放位置)；反之，天線對屏潛在的影響風險則主要來自于因天線發射功率而造成屏可能的誤動作(malfunction)，即EMI的現象，尤其是在發射天線(尤其是cellular的發射天線)與屏之間的距離愈來愈近時。對于前述各風險，黃博士也一一做出細致且系統性的建議對策。
此外，黃奐衢博士也對現今三大全面屏手機的主流類型，即﹕三邊無邊框類型(如：Sharp Aquos Crystal 305SH與小米 mix)、上下窄邊區類型(如：Samsung S8與LG V30)，與上方劉海(異形切割)類型(如：Sharp Aquos S2與 Apple iPhone X)，進行各自類型內不同廠家類似機型的天線相關設計對比；此外，黃博士還在時間軸上縱向對比了同廠家相同或類似類型前后世代機型的天線相關設計，如：2016年的小米Mix與2017年的小米Mix 2，及2016年的Samsung S7與2017年的Samsung S8；更進一步地，黃博士再進行同樣于2017年發布的三種上述類型代表機種，即：小米Mix 2、Samsung S8，與Sharp Aquos S2，的橫向跨類型對比。故經由黃博士前述三種不同角度與維度的強邏輯性與系統性分析，使參會嘉賓快速且清晰地理解與掌握了不同類型與不同世代全面屏手機天線的相關設計。

vivo首席天線專家 黃奐衢 博士雙向系統性地詳細剖析天線與屏兩者間的關系

 在回顧過往傳統手機與對比現今全面屏手機的天線相關設計后，黃奐衢博士也更往上一層站在更高的高度對全面屏手機天線設計的未來可能發展方向與潛在的挑戰做出短期(short-term)與長期(long-term)的展望與提點。在短期的可能發展與挑戰上，黃博士認為除了現今業界較為熱門或關注的玻璃與陶瓷背蓋外，也不排除未來金屬背蓋的再一次暢旺，而手機過往的主流之一為全金屬背蓋，現今主流之一為全面屏，未來的主流之一便是5G (第五代移動通信)，而5G的即將到來將會對天線數目有更高的需求(如中國移動目前要求的4收2發的MIMO，且希望未來可達8收4發)，故若把過去的(全金屬背蓋)、現今的(全面屏)，與未來的(5G)這三大主流融合在一機型上，或許是未來短期而言手機天線設計的可能方向與潛在挑戰；而在未來長期的可能發展方向，黃博士則指出在全面屏、可穿戴、可擾曲的移動終端概念與趨勢下，天線與屏的關系是否會從目前兩者獨立且某種程度上相互拮抗，演進為天線與屏整合為一，而形成黃博士于前述今年9月23日在深圳演講時提出的“天線在屏、屏載天線”的設計方向，黃博士認為此概念雖現階段尚有較多的難題需克服(尤其是將cellular天線做于屏上)，但或許仍是值得研究與試驗的一個未來新方向，且Samsung Gear Fit 2的智能手環已有將non-cellular天線做在屏上的先例。

vivo首席天線專家 黃奐衢 博士提出“天線在屏、屏載天線”的未來可能發展方向

最后，黃奐衢博士對此次《全面屏手機天線設計簡介》演講進行了總結，黃博士表示，相較于傳統手機的天線設計，全面屏手機的天線設計難度雖如前述的更高，但以現階段而言，基本并沒
本質上的改變，而更多的是對空間環境運用上的細化與優化(以獲得較大的空間而支持天線較優的輻射)、搭配上新的天線制程與實現工藝(以更好地運用有限的空間環境)、進行天線設計技巧的提升，及使用數目更多/ 功能更強/ 性能更優的電調諧器件等，以維持或提升天線性能；而在無線(OTA)性能方面，如前所述，可借助更好的傳導性能（如：功率放大器(power amplifier, PA)的新技術或新器件以達更高的傳導發射功率，或如HPUE的設計，及低噪聲放大器(low-noise amplifier, LNA)的新技術或新器件以達更好的傳導靈敏度）、更低的器件與路徑損耗，及更細膩的電子噪聲(de-sense)處理與抑制等，來維持或達到合格的TRP (Total Radiation Power)與TIS (Total Isotropic Sensitivity)表現,以保障用戶的無線體驗。且黃博士也再次提點，在處理屏對天線的影響時，也需同步留意天線對屏的影響，尤其是在產品與外觀趨勢對兩者間距需求越來越近時，即逐漸趨近極致的全面屏手機時。

vivo首席天線專家 黃奐衢 博士對《全面屏手機天線設計簡介》演講進行總結

vivo于今年9月21日在北京居庸關長城發布的vivo X20為全球手機業界第一臺全面屏全金屬手機，其手機背蓋維持了經典的全金屬U形縫(似iPhone 7)設計，以最大程度保障用戶視覺感受的一體性與對稱性，而在全面屏與全金屬兩者并存對天線設計甚為嚴峻的環境下，vivo 率先成為全球首位達陣全面屏全金屬此關鍵里程碑的手機公司。
vivo首席天線專家黃奐衢博士再次從整機系統設計的觀點，通過新穎、生動、細致、深刻，與強邏輯度及高全局性的演說，令在場740多位參會嘉賓沉浸與享受了一堂“天線與屏”專業精彩、獲益良多的珍貴而啟迪課程！  

vivo X20為全球業界第一臺全面屏全金屬(U形縫)的手機