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錘子Smartisan T2:天線設(shè)計(jì)的努力

2016-01-26 來源:新浪微博 作者:微博@瑞記 字號:

雖然一共才推出3 款手機(jī),但錘子科技的名號在整個(gè)國產(chǎn)手機(jī)界如雷貫耳。與其身量不相匹配的巨大聲量,讓最新的旗艦產(chǎn)品T2 始終處于高度曝光的狀態(tài)。設(shè)計(jì)是錘子的重中之重,但在皮囊之下其實(shí)有更多東西值得解讀。

驍龍808 這顆芯片已經(jīng)很常見了。在高通2/4/6/8 的定位中,808 屬于最高端的8 系列,2xA57+4XA53 的大小核搭配使其在保證滿足絕大多數(shù)性能需求的前提下,功耗控制比多了兩顆A57 的驍龍810 理想很多。因此在過去一年,很多品牌都會選擇這顆芯作為次旗艦的處理器,甚至直接裝載在旗艦產(chǎn)品身上,比如LG G4 和MOTO X Style。兩大核四小核的性能表現(xiàn)有目共睹(而且大部分810 也是通過動態(tài)開關(guān)內(nèi)核當(dāng)作808 在用嘛),就不多啰嗦了。需要注意的是,高通目前的全線產(chǎn)品都已經(jīng)是支持全網(wǎng)通的,只是很多廠商出于自己的考慮僅僅做了移動和聯(lián)通的支持。

T2 在硬件設(shè)計(jì)上一個(gè)相當(dāng)亮眼的元素,就是極簡干練的金屬邊框。對于外殼材質(zhì)的探索,很多人認(rèn)為是設(shè)計(jì)師的工作范疇,但物理定律不像外觀線條那樣可以由筆觸改變。很遺憾地,在離校多年之后,我的物理學(xué)常識也已經(jīng)差不多都還給老師了,因此這一部分解釋有任何不嚴(yán)謹(jǐn)或錯(cuò)誤的地方,歡迎各位指正。

讓我們回到2010 年。那一年的秋天,Apple 一如既往地帶來了全新設(shè)計(jì)的iPhone 系列新品,iPhone 4。在發(fā)布會上,喬布斯驕傲地說,Apple 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新的突破,將手機(jī)的外邊框直接作為天線使用。一整個(gè)金屬邊框被分為兩個(gè)部分,分別作為WIFI(左邊半圈)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)(右邊A1 到A9 的大半圈)的天線。

有個(gè)笑話說,如果電視畫面不停抖動而你又不會修理,只要你也跟著抖動,當(dāng)你和電視的抖動頻率一致的時(shí)候就可以看了。以這個(gè)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞絹斫忉屘炀€:任何無線通訊都是基于不同振動頻率的電磁波,而天線只能接收和它「抖動」頻率一致的電磁波(天線并沒有真的抖動啦)。不同的通訊技術(shù)使用不同頻率的電磁波,比如WIFI 是2400MHz(2.4G),而蜂窩網(wǎng)絡(luò)則使用800/1800/2100MHz 不等,所以需要不同的天線。這是第一個(gè)重點(diǎn):邊框上的斷點(diǎn)并不是為了留給信號出入的通路(否則也太小了吧),而是為了將不同頻率的天線從硬件上分隔開來。

iPhone 4 支持WCDMA(3G)和(GSM)卻只有一根天線用于蜂窩網(wǎng)絡(luò),這是因?yàn)樵谶@一整條邊框上有多個(gè)饋點(diǎn);通過軟件控制相關(guān)電路,iPhone 可以自己改變邊框接入電路的長度(比如接通A1-A6 時(shí)用于WCDMA,接通A6-A9 時(shí)用于GSM),從而讓它可以響應(yīng)不同頻率的電磁波。這是第二個(gè)重點(diǎn):通過改變天線接通的長度,同一塊金屬可以響應(yīng)不同頻段的信號。

在iPhone 4 發(fā)布一段時(shí)間之后,一個(gè)名詞愈演愈烈,那就是iPhone 4 的信號門。當(dāng)以手捏住手機(jī)的下半部分時(shí),原本響應(yīng)WIFI 和蜂窩網(wǎng)絡(luò)兩種不同頻率電磁波的兩段天線被連接在一起,使得響應(yīng)頻率發(fā)生了變化,也就無法再接收原來頻率的電磁波,自然就“看不清”信號了。當(dāng)然,iPhone 4 的信號門其實(shí)還有多方面的原因,比如彼時(shí)iPhone 顯示信號的方式和Android 不同,在相同信號強(qiáng)度下iPhone 顯示的信號格數(shù)比Android 多,產(chǎn)生“iPhone 比Android 信號好”的暗示。結(jié)果就是,同樣在- 90dB 的信號強(qiáng)度下,iPhone 顯示五格信號,而Android 只有三格;信號減弱到- 106dB 時(shí),iPhone 和Android 都會顯示兩格,Android 只減少了一格,而iPhone 則減少了三格,看起來信號差了好多。事件發(fā)生后,iPhone 獲得了一個(gè)更新(iOS 4.1),乖乖把信號顯示方式改回了運(yùn)營商AT&T 規(guī)定的方法。

iPhone 4 CDMA版(左)和WCDMA版(右)

有趣的是,當(dāng)初iPhone 4 分為兩個(gè)版本,CDMA 版出現(xiàn)信號問題的比例非常小。這是因?yàn)榘凑誄DMA 運(yùn)營商Verizon 的要求,CDMA 手機(jī)必須擁有多條蜂窩網(wǎng)絡(luò)天線以保證信號質(zhì)量,因此iPhone 4 CDMA 版天線和WCDMA 版不一樣:

上圖左邊是WCDMA 版,邊框長的那部分是蜂窩網(wǎng)絡(luò)天線;中間和右邊則是CDMA 版的天線1 和天線2,系統(tǒng)在檢測到其中一條天線信號性能較差時(shí)會自動切換到另外一條。這個(gè)設(shè)計(jì)被延續(xù)到了iPhone 4s 上,加上金屬邊框涂層的改進(jìn),使得信號門的問題被徹底解決了。

電磁波可以很輕松地穿透玻璃、塑料等材質(zhì),但會被金屬和水吸收掉(這也是為什么在電梯里沒信號),所以一般手機(jī)用玻璃和塑料做外殼的時(shí)候,天線設(shè)計(jì)就會比較自由,而如果外殼是金屬,就要想各種辦法讓信號可以進(jìn)出,比如在外殼上開口(就是俗稱的“信號溢出口”啦) 。

全金屬的iTouch 在背后開了一個(gè)口子,讓W(xué)IFI 信號穿透這個(gè)開口的塑料進(jìn)出;iPad 初代是把WIFI 天線貼在背面蘋果標(biāo)的玻璃處,二代之后由于改用了全金屬殼就把WIFI 天線放在正面的屏幕邊框下面了(4G 版則是額外背部上端開了口讓蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號進(jìn)出);iPhone 5/5s 中,金屬的機(jī)身會隔絕信號,因此除了邊框的上下兩段(這兩段與機(jī)身完全隔離,用作天線)以外,還在背部的上下兩頭開了口給里面的副天線;而到了真 • 全金屬的iPhone 6/6s,機(jī)身上沒有任何可供信號出入的地方了,于是蘋果只能通過白帶把整個(gè)后蓋分割成上邊框、上背板、機(jī)身、下背板、下邊框五部分,把其中上下邊框和上下背板通通拿來用作天線。由于4G 對速度的需求大大提高,使得通訊使用的信號頻段更廣更豐富了,從最低的1800MHz 到最高的2600MHz,單條天線的調(diào)節(jié)范圍畢竟是有限的,這就需要手機(jī)有更多天線用于不同頻段的信號。也不怪iPhone 把背部割得七零八落,看看iPhone 一臺手機(jī)要支持多少個(gè)4G 頻段吧:

說回到錘子。T1 在信號上的挑戰(zhàn)并不大,因?yàn)榍昂蟛A? 玻璃纖維中框并沒有給天線造成難度。而在T2 身上,原本背面玻璃也可以讓T2 可以輕松地完成天線排布,但T2 并沒有選擇這條簡單的路。T2 相對T1 一個(gè)巨大的變化就是支持全網(wǎng)通,這就需要手機(jī)可以接受多個(gè)頻段的信號;而且T2 還支持了CA 載波聚合,這種技術(shù)讓手機(jī)可以同時(shí)使用多個(gè)不同頻段的信號進(jìn)行通訊以提高速度,自然就需要手機(jī)的多個(gè)天線可以同時(shí)工作。T2 沒有像其他手機(jī)一樣在背面底部使用多組貼片天線,而是選擇挑戰(zhàn)難度更高的方案:把邊框作為天線。

抓了Zealer 的拆解圖做個(gè)示意:

T2 整臺手機(jī)的邊框是一個(gè)完整的金屬圈,也就相當(dāng)于一條金屬天線。T2 的主板通過多個(gè)饋點(diǎn)和邊框相連,通過調(diào)整接入電路的邊框長度,來改變天線接受信號的頻率,就像iPhone 4 的天線一樣。當(dāng)然,這只是蜂窩網(wǎng)絡(luò)的天線,WIFI 和藍(lán)牙的天線仍然是穿透背部玻璃的:

有則雞湯說,當(dāng)你面前有兩條路時(shí),選難走的那條。在可以選擇用簡單方案解決天線排布的情況下,錘子硬是選了難走的那條。它并沒有顛覆什么物理定律的不可能,也沒有創(chuàng)造前無古人的新技術(shù),但他們在這條路上的探索,絕對沒有白費(fèi)。使用同一張電信卡,配置方案幾乎一樣的Nexus 5X 在上海地鐵7 號線上有信號沒法上網(wǎng),但T2 就是可以刷微博發(fā)微信的。除了沒有雙卡,T2 作為商務(wù)人士的手機(jī),絕對不會在信號上掉鏈子。

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