前言
5G标准正在积极推进，新的通信模式下手机数据传输速率和通信带宽都将会大大提高。sub-6GHz和毫米波频率的加入，以及MIMO、载波聚合、波束赋形等技术的应用，会造成手机天线发生结构性的变化。而毫米波天线为了配合波束控制和高频衰减，集成度进一步提高，在此前提下我们关注的封装技术有AiP等技术。5G频率带来的天线变化还将会给手机整体设计造成影响。
5G通信技术的发展源自于人们对移动网络速度要求的提高。5G技术将拥有更高的传输速度和更宽的带宽，以支持三类应用场景，即大规模IoT、关键任务服务以及增强移动宽带服务。5G的标准目前正在积极推进，3GPP已经指定了5GNR支持的频段列表，分为低频sub-6GHz和高频毫米波两大频率范围。总体来看，5G的主要通信技术有MassiveMIMO、载波聚合和波束赋形等，配合这些技术，终端天线也将发生一系列的变化。
手机天线是接收和发射信号的设备，频率越高天线尺寸越小，且对应于不同应用将会使用不同的天线。5G手机中新频段的加入会引入新的天线。sub-6GHz天线相比于4GLTE手机中的天线尺寸不会发生较大变化，但是MIMO的应用会增加天线数量，以苹果为代表的手机供应商开始使用LCP天线替代原有的PI天线。目前手机中的天线主要采用软板FPC制成，但是FPC基材对高频性能影响敏感，LCP、MPI材料由于其低介电系数和高频性能将会在5G手机中加量。
毫米波天线在高频下传播损耗的问题严重，将会缩减天线和控制电路、射频电路之间的距离，因此会采用模组化的方式和射频电路封装在一起，例如已经发布的高通的QTM0525G天线模组。模组化的天线给手机设计带来一系列的影响，手机的内部空间必须重新分配，同时电池、后壳、屏蔽罩等也会配合毫米波天线衰减问题带来变化。另外一个值得关注的问题是天线的封装，AiP封装等适合于高频毫米波的技术。
5G推广不及预期风险；消费电子可能受到供需不足、价格下滑等宏观因素影响；5G天线技术路径改变等风险。
与本文研究相关产业链相关公司包括天线类的立讯精密、信维通信；电池模组类的欣旺达、德赛电池；FPC软板类的鹏鼎控股、景旺电子、弘信电子等。
一、从技术发展、应用、技术以及芯片角度初看5G
随着智能手机和其他便携设备的普及度提高，人们对数据流量的要求也越来越高。根据Ericsson’s Mobility Report给出的数据，2016年移动数据流量从每月3.5EB（艾字节，1EB=1012MB），2017年增长到每月5.5EB，增长率达到了57%，从2011年到2017年智能手机每用户流量的年复合增长率达到了35%。人们对数据流量的需求的日益提高，因此对网络容量的增加提出了要求，这也是5G网络建设的目标之一。社交媒体视频应用、实时视频通信以及安防视频的普及等等，都在驱动移动网络速度提高。金准产业研究团队根据Qorvo给出的数据，5G网络相比于当前网络的速度将会至少提高10-20倍。Cisco的“视觉网络指数”预测移动网络流量中，视频流量将占比75%之多。这说明未来人们对移动网络速度的要求将会越来越高。而5G网络应用后，高速的网络也会使得安全的自动驾驶、远程医疗服务和虚拟现实等成为可能。更进一步的，5G网络还会提供随时随地的联网服务，在复杂场景中，例如楼宇、工业和制造环境、拥挤场景、远程控制（陆地和海洋）、海陆空的高速行驶环境中，都能进行随时随地的高速通信。
1.1 5G简介及应用
5G是第五代移动电话行动通信标准，也称为第五代移动通信技术。与上一代4G技术相比，5G具有更高的数据传输速度、更宽的带宽、更强的可靠性和更低的时间延迟等特性。5G技术的进步还将会带来一系列应用的进步和更新，满足高速移动和充分网络接入的需求，提高连接对象和设备数量的从而为各种新服务提供更多可能。例如能源、健康、智慧城市、汽车和工业生产等将会大大提高自动化模式的比例。金准产业研究团队认为，5G服务将首先扩大以人为中心（human centric）的应用，例如虚拟和增强现实以及高清视频数据流等；另外以通信为基础的机器-机器、机器-人类型的应用，也将会更加安全化和便捷化。
5G不仅是4G基础上的一个提升，而是移动通信技术的一场革命，在各方面的表现上相比今天的网络，都会有数量级方面的提升。5G并不会替代4G，而是提供任务多样性上的升级，从这个角度看，5G可能提供的服务带来的变化将会在社会的方方面面。简而言之，5G技术如下：
5G应用场景
金准产业研究团队分析，5G的应用场景主要分为三大类：大规模IoT物联网，关键任务服务和增强移动宽带服务。大规模IoT指的主要是设备和设备（machinetomachine,M2M）之间的通信，同时尽可能避免人的干预。金准产业研究团队根据Ericsson预计，到了2021年IoT连接的设备数量将会达到280亿，其中150亿的设备是M2M方式通信和消费电子设备。大规模IoT应用的设备主要包括低成本低功耗的传感器设备，提供端对端的覆盖和向云端数据传输，采用短程无线电技术，例如蓝牙、WiFi。NGMN组织已经给出了具体的标准即mMTC。5G网络中大量支持mMTC的IoT连接设备必须具有低成本、高效率的特点，因为大量的设备会带来巨大的能量消耗。因此在低传输速率的应用需求时，IoT使用窄带通信，甚至会在低于1GHz的波段。低成本、低功耗的RF元件也会在IoT中大量应用，因此需要使用硅或者GaAs等工艺，配合小尺寸封装。在大规模IoT应用中，RF前端也需要兼容多个频段和标准。
关键任务服务的应用也有其自身特殊的需求，例如高速高吞吐量、对可靠性的超高要求以及数据传输极高的安全性。NGMN组织针对性的定义了uRLLC标准。除了很热门的自动驾驶，关键任务服务还还包括了公共交通系统、无人机、工业自动化、远程医疗（例如，监控，治疗和护理）、以及智能电网监控。为了保证这些服务的高可靠性，5G需要使用新型空中接口技术来满足多样化的数据传输类型。相比于目前的4G，RF连接上则需要做的更加多样化。5G中会使用小型基站连接产生更多的固定无线连接网络，其通信波段从600MHz到80GHz都将会被使用，相应的会带动GaAs，硅，GaN工艺的使用。支持关键任务服务所对应的5G通信技术有MIMO、载波聚合CA、毫米波和5G网络基础设施，如宽带接入，全球定位系统（GPS），点对点无线电和卫星通讯。
增强移动宽带eMBB服务即在随时随地的更快、更好的覆盖所有互联网应用程序和服务。支持5GeMBB的关键技术有LTEA和LTEA-pro、扩展频段/宽带固定无线接入（FWA）、毫米波（mmWave）、波束控制基础设施、小型基站等。然而目前拥挤的带宽下，运营商需要使用更有效地方式利用频谱。使用高频波段是一个很好的选择，高频传输可以拥有较高的带宽，但还短波会带来绕射能力差的缺点。在5G中将会采用的毫米波可以提供很高的数据容量，带宽可达400MHz，毫米级的波长带来的优势是可以使用更小尺寸的天线。毫米波支持几百米内的短距离传输，即使是相同城市内，信道也可以重复使用，大大提高了频谱的利用率。
1.2 5G频谱分配以及进展
4GLTE频谱包含了52个3GPP频段(band)，其中35个使用FDD/SDL制式，17个使用TDD制式。这个频段支持6种信道带宽，1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz以及20MHz。因此载波聚合（Carrier Aggregation，CA）技术被开发使用来拓展信道带宽，提高数据传输速率，例如R14标准规定载波聚合最多可以合并32个分量载波。而运营商的标准已经提高到了5CC载波聚合，也就是说，聚合5个20MHz信道后可以达到100MHz的带宽。通过CA技术配合4x4MIMO技术（下行）和256QAM，4GLTE的预期峰值下行数据速率可以达到1Gbps。但是对于各个运营商来说，4GLTE的频谱是分散分配的，因此运营商也开始在授权和非授权频段上使用载波聚合技术来增加数据容量，也就是LAA技术。例如Band46就是通过聚合授权频段和WiFi频段来实现LAA。
3GPP已指定5GNR支持的频段列表，5GNR频谱范围可达100GHz，指定的两大频率范围Frequencyrange1（FR1）和Frequencyrange2（FR2）。FR1就是我们通常讲的6GHz以下频段，频率范围是450MHz到6GHz，也就是通常所说的sub-6GHz；FR2频率范围是24.25GHz-52.6GHz，因为波长已经缩小至毫米级，也称为毫米波频段。
5GNR支持16CC载波聚合。由于5GNR定义了灵活的分量载波间隔，不同的分量载波间隔对应不同的频率范围和信道带宽，具体如下：
5GNR区别于4GLTE的一个重要方面就是6GHz以下的最大的信道带宽是100MHz，而6GHz以上的最大信道带宽可以达到400MHz。在6GHz以下可以通过载波聚合技术，聚合4个100MHz的信道实现400MHz的瞬时带宽，峰值速率将会远远超过4G。
然而，6GHz以下拥有100MHz信道带宽的波段目前只有B41（2.5GHz），以及5G将会使用的C波段（3.3GHz到4.2GHz，4.4GHz到4.99GHz）。在6GHz以上的厘米波和毫米波波段，也就是28GHz，39GHz和未来的80GHz，100MHz和400MHz信道带宽都比较容易实现。
全球5G频谱分配情况
国际上主要使用28GHz进行试验，2016年7月14日，FCC投票决定通过分配24GHz以上5G频谱，北美地区成为世界上第一个为5G网络分配可用频谱的地区。
欧盟委员会无线频谱政策组（RSPG）于2016年6月制定5G频谱战略草案，并在欧盟范围内公开征求意见。2016年11月9日，RSPG发布欧盟5G频谱战略。
国内频谱分配
国内主流的4G频段在1.8GHz-2.7GHz之间。而5G的工作频段分为高频频段和低频频段两部分。2018年我国工信部发布意见稿表明，3.3G-3.40GHz频段基本被确认为5G频段，原则上限于室内使用；4.8G-5.0GMHz频段，具体的频率分配使用根据运营商的需求而定。新增4.4G-4.5GMHz频段，但不能对其他相关无线电业务造成有害干扰。
2018年12月10日上午，工信部正式发文表示，向中国电信、中国移动、中国联通发放了5G系统中低频段试验频率使用许可。其中，中国电信和中国联通获得3500MHz频段试验频率使用许可，中国移动获得2600MHz和4900MHz频段试验频率使用许可。中国联通和中国电信获得了较为国际主流的频段，中国移动的情况则复杂很多。细分来讲，中国移动获得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz频段的5G试验频率资源，其中2515-2575MHz、2635-2675MHz和4800-4900MHz频段为新增频段，2575-2635MHz频段为重耕中国移动现有的TD-LTE（4G）频段。目前我国在24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高频频段正在征集意见。
通信工作频率的提高，带来的先是信道带宽的提升，这意味着网络速度的提高。不过带来的坏处是波长的变短，众所周知，波长越短，电磁波的绕射能力越差，传播过程中的衰减越大。因此单个基站信号覆盖的范围就越小，为了确保信号覆盖，基站的数量需要增加。5G的sub-6GHz工作频率与4G工作频率依然接近，因此从基站设施的角度看，成本提升较小；在高频下需要增加更多的基站，成本提升也比较高。不过从终端的角度看，由于频率的变化，对终端天线、无线通信芯片、终端架构设计等等都会带来很大影响，可谓牵一发而动全身。在关注终端变化之前，我们首先看一下5G通信技术的变化，然后分析随之而来对终端硬件的影响。
5G标准进展和现状
3GPP在2018年6已经发布第一个独立组网5G标准，根据3GPP官网发布的消息，R15和R16标准可以满足ITUIMT-2020全部需求；其中R15是5G基础版本，重点支持增强移动带宽业务和基础的低时延高可靠服务；R16为5G增强版本，支持更多的物联网业务。
考虑到5G将会较长时间和LTE共存，并且各个运营商拥有的频谱、部署节奏和5G网络服务定位有差异，3GPP标准分阶段支持多种5G组网架构。5GR15标准分为三个步骤向外界提供，具体如下：
3G向4G演进时，无线接入网和核心网是整体部署的模式。但是在4G向5G演进时，无线接入网和核心网将会分别单独部署。5G的部署安排将是混合进行的，5G无线接入网(NewRadio,NR)、5G核心网、4G核心网和4G无线接入网(LTE)会混合搭配，组成多种网络部署选项，也就是不同的Option。
5G组网方案分为独立组网和非独立组网，独立组网方案有Option-2和Option-5，非独立组网方案有Option-3、Option-4和Option-7，详细情况如下：
5G第二个标准版本R16计划于2019年12月完成，2020年3月冻结。届时5G标准将会全面满足eMBB、
URLLC、低功耗场景mMTC等各种场景的需求。可以说2020年3月形成的5G标准才是完整的5G标
准。
1.3 5G的几个主要通信技术
Massive MIMO技术
MIMO是通过使用多个发射和接收天线在单个无线信道上同时发送和接收多个数据流的多天线技术，用于提高移动设备带宽、增加数据吞吐。MassiveMIMO的理论基础是，天线与终端之间相互传输的数据经过了周围环境的滤波。信号可能会被建筑物和其他障碍物反射，这些反射会有相关的延迟、衰减和传播方向。天线与用户终端之间甚至可能没有直接路径，但是这些非直接传输路径同样有利用价值。
MIMO的阶数代表可以发送或接收的独立信息流数量，它直接等同于所涉及天线的数量；阶数越高，链路支持的数据速率也越高。MIMO系统通常涉及基站发射天线数量以及用户设备接收天线数量。例如，2x2MIMO意味着同一时刻在基站有两个发射天线，在手机上有两个接收天线。Massive意指基站天线阵列中的大量天线；MIMO意指天线阵列使用同一时间和频率资源满足空间上分离的多位用户的需求。
其实历代的无线通信技术都有过使用先进的天线技术来提高网络速度。3G时代使用了单用户MIMO技术，它从基站端同时发送多个数据流给用户。多用户MIMO技术是4G时代使用的，它为多个不同用户分配不同数据流，相比于3G大大提高了容量和性能。而5G时代将会使用的是大规模MIMO技术，进一步将容量和数据速率提高到20Gbps。
载波聚合技术
前面提到，4GLTE频谱由52个频段组成，其中FDD/SDL为35个，TDD为17个。4GLTE频谱支持6个信道带宽，为1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz。然而最大的可聚合载波数量是5个，因此4GLTE载波聚合后的最大带宽是100MHz。在FDD制式下，下行链路和上行链路的载波数量并不相同，通常下行链路聚合载波数量要多余上行链路，不同载波的带宽也可以不同。而在TDD制式下，上行下行的带宽和分量载波数量都要相同。
波束赋形技术
波束赋形是指根据特定场景自适应的调整天线阵列的辐射图。波束赋形是配合MIMO多天线技术使用的。波束赋形和MIMO有时候两个概念也会混用。通常来讲波束赋形是MIMO概念下的子技术，它是通过使用多个天线控制天线电磁波传播的方向来合理确定单个天线的信号幅度和相位。也就是说一个天线会受到来自不同位置天线发射的相同信号，通过确定接收机的位置，天线可以合理调整传播方向和相位，来达到信号发射和接受的效率最大化。这个技术在毫米波技术下是非常必要的，首先高频毫米波带来的衰减导致其必须采用MIMO技术来接受到可靠的信号，而多天线技术必然带来功耗的大幅度增加，使用波束赋形技术可以有效减少不必要的能量损耗。
1.4 5G芯片研发：高通华为均已推出
2018年7月23日，高通宣布推出全球首款面向智能手机和其他移动终端的全集成5G新空口毫米波及sub-6GH下射频模组：QualcommQTM052毫米波天线模组系列、QualcommQPM56xxsub-6GHz射频模组系列。高通表示，QTM052天线模块等上述最新零组件目前正在送样客户，预计将在2019年初第一批问世的5G手机当中应用。
2018年12月高通发布了骁龙8555G芯片组，相比于之前的845平台，855使用了7nm制程，搭载Kryo485CPU，速度提升了45%。骁龙855还使用了更先进的天线技术，不仅在LTE制式下可以达到2Gbps的速度，还能支持60GHzWiFi，速度高达10Gbps。骁龙855还搭载了射频前端，提供从调制到天线的一系列解决方案，采用QTM0525GmmWave天线模组，Qualcomm Adaptive Antenna Tuning，Qualcomm Envelope Tracking，High-power transmit(HPUE)。值得一提的是，片上AI引擎，配合5G的XR实时4k高清游戏体验等也都是骁龙855芯片平台的两点。
2019年1月24日，北京华为正式面向全球发布了5G多模终端芯片Balong5000（巴龙5000）和基于该芯片的首款5G商用终端华为5GCPEPro。除了支持智能手机外，还可以配合家庭宽带终端、车载终端和5G模组等。能耗更低，性能更强，时延更短，7nm工艺，支持NSA和SA双架构，支持业界最广泛频段，支持毫米波。同时还华为推出业界首款5G基站核心芯片——天罡。算力比以往增强2.5倍，用单芯片控制最强的64T，支持超宽频谱，是业界唯一一家支持200M频宽的5G部署，一次部署可以满足未来需求。华为的5G基站也同时亮相。据华为运营BG总裁丁耕介绍，华为5G基站较传统基站，将天线和射频集合在一起，体积更小，而容量是传统基站的20倍。
2019年2月19日，第二代5G基带芯片骁龙X55，采用7纳米工艺的单芯片支持5G到2G多模，同时支持毫米波以及6GHz以下频段，支持TDD和FDD，支持独立和非独立组网模式。这是高通在继2017年推出全球首颗5G基带芯片X50后的又一次跃迁。同时高通还推出了5G第二代射频前端解决方和QTM5255G毫米波天线模组，这是继2018年7月高通推出首款面向智能手机射频模组方案后的升级。据集微网称，骁龙X55正在向客户出样，采用骁龙X55的5G商用终端预计于2019年年底推出。
二、终端天线：5G带来天线行业新机遇
天线是将高频电流或波导形式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去，或把来自一定方向的电磁波还原为高频电流的一种设备。无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。
手机天线是手机用来接收和发射信号的设备，无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，同样是天线接收（仅仅接收一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。因此，天线是发射和接收电磁波的重要无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。一般情况下天线长度一般为波长的1/4~1/2，因此传播频率越高，天线的长度越短。目前手机中多采用的天线是内置天线。在手机通信技术发展的过程中，随着通信波段、带宽以及使用技术的不断发展和变化，手机天线也需要做出相应的调整。在5G时代，毫米波高频率通信、载波聚合技术带来的信道拓宽、MIMO多天线技术的采用等都会对天线技术和射频前端产生关键性影响。
2.1手机天线的发展
最早的手机天线是四分之一波长天线，它是一根单独的天线，也叫做套筒式偶极天线。由于最早的1G手机频段为800MHz，所以天线的长度有9.4cm。这种天线已经在目前使用的手机上很难见到，而是被大量的用在无线LAN接入点上。
20世纪90年代的2G手机天线则有两个天线单极和螺旋，只能支持单个频段。诺基亚1011和摩托罗拉M300只能支持单个频段的通信。
1997年摩托罗拉发布了首个双频GSM手机mr601，可以支持GSM900和GSM1800双频，因此有螺旋和鞭状两根天线。1999年诺基亚推出了Nokia3210，是一个完全内置的天线，可以支持GSM900和GSM1800双频。
2004年推出的3GNokia6630手机，可以真正意义上支持全球漫游，是第一个双模三频段手机，可以支持GSM900/1800/1900和UMTS2100，所使用的天线也是多天线内置。
下表给出的是从手机诞生以来的通信频率和对应系统及天线的变化。可以看出手机的通信频率在逐渐从最初的kHz发展到目前的4G系统，达到了GHz频段，而天线的尺寸也经历了从大到小，从外臵到内臵的变化。个人终端的发展趋势是小型化和个人化，而天线为了配合整体设计以及高频段的传输，也需要做到小型化紧凑化。一种典型的天线设计方式就是改进型PIFA天线，之所以叫做改进型是因为相比于传统的PIFA天线它的外观已经有了很大的变化。改进型的PIFA天线是最早用在GSM手持设备中的天线，目前被广泛用在个人设备当中。
对于目前的手机及来说，印制天线被广泛用在终端中，相比于其他安装式天线更加小巧轻薄。从组成上看，印制天线内部有介电材料和接地平面，设计时需要考虑高效率、高增益和辐射模式。天线的设计主要从以下几个方面考虑：
多频段、内臵化
配合UE设计的小型化
功能化，例如配合自适应和MIMO进行高速率传输
出于对射频前端及基带处理的设计考虑，目前天线的设计方式是针对不同的应用，设计成不同的窄带天线。除了主通信芯片用于访问运营商网络，手机还有Wi-Fi功能、蓝牙功能、GPS功能，以及NFC功能，都需要不同的天线。甚至，现在逐渐流行的无线充电，用的充电线圈也是一种天线。
以三星旗舰智能机S9为例，内部有传统的移动通信主天线（配合高通骁龙845基带，支持4X4MIMO、5个分量载波聚合），位于手机的下部和左下部。GPS天线位于左上部，近场通信天线（NFC，Near Field Communication）和无线充电线圈在手机中部，此外还集成了最先进的磁性安全传输线圈（MST，Magnetic Secure Transmission）位于摄像头附近。MST是一种移动支付技术，是利用手机发射信号来模拟传统的磁条卡。
针对5G通信，手机厂商将会在原有的基础上做增量，也就是说在支持之前所有通信频段的基础上，增加新的频段传输功能。根据前面提到的5G通信频率的变化，sub-6GHz和毫米波通信由于本身的频率差别很大，在手机天线设计上会产生不同的影响。
首先我们关注最先落地的sub-6GHz，也就是5G中的低频频段。目前4G通信的波段是1-2.6GHz，而5G使用的通信频段也在6GHz以下。所以在天线的尺寸仍然会是厘米级，与4G使用的天线区别不会太大。虽然由于MIMO多天线技术的使用，天线的数量会大大增加，不过从天线本身设计角度看并不会发生本质变化，而是在4G天线原有的基础上做出更多性能上的提升。
2.2 sub-6GHz天线的设计关键
前面提到sub-6GHz对天线本身的影响并不大，但是数量上会有所增加。所以我们首先看一下4G时代手机中的天线主要怎么样的设计的。目前手机中的天线是隐蔽式、内臵式的，并且集成了Cellular（LTE/TD-SCDMA/FD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000/GSM等）、BT、Wi-Fi、GPS、NFC等诸多针对不同应用的天
线。以iPhone6s为例，其通信模块包括：2/3/4GCellular模块，用于无线局域网连接的Wi-Fi模块，用于无线私域网连接的BT模块（蓝牙模块），用于全球定位系统的GPS模块，以及用于近场通信的NFC模块（功能包括信息识别、文件传输、刷卡消费等），每个部分都需要不同的天线设计。终端设备天线具有多样化的应用环境和工艺方案，软板已成为主流工艺。苹果公司在2017年发布的iPhoneX/8Plus/8均使用liquid crystal polymer flexible printed circuit board(LCPFPCB)制作的天线。根据Apple insider网站的报道，2H18新机型iPhone models(XSMax,XS,andXR)中有6个LCP天线。
在介绍LCP之前，我们先看一下FPC及其构成。FPC是flexible printed board circuit的简称，中文名叫做软板又叫做柔性电路板，是以柔性覆铜板（FCCL）制成的一种具有高可靠性，可挠性的印刷电路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。软板使用塑料膜中间夹着铜薄膜做成的导线，在几乎所有电子产品中都有应用，例如硬盘的带状引线、数码相机、仪器仪表、医疗设备和汽车电子中。软式印刷电路板可以三度空间布线且外型可顺空间的局限做改变，从而达到元器件装配和导线连接的一体化。
在便携设备中，如手机、平板电脑和笔记本电脑中，软板被用来制造射频天线和高频传输线。在5G的推动下，天线数量的大幅度增加也会拉动软板天线的大幅需求。
照导电铜箔的层数划分，分为单层板、双层板、多层板、双面板等。单层板的结构是最简单结构的柔性板，原材料由基材、透明胶、铜箔构成，保护膜和透明胶是另一种原材料。在制作时，通过对铜箔等进行刻蚀等工艺处理来得到定制的电路，保护膜要进行钻孔暴露出相应的焊盘。清洗之后再用滚压法把两种材料结合起来，接着在焊盘部分电镀金属等制作保护膜。
双层和多层板的结构适用于电路线路复杂以及需要铜箔以进行接地屏蔽的情况。多层板与单层板最典型的差异是增加了过孔结构连结各层铜箔。因此多层板在基材+透明胶+铜箔上的第一个加工工艺就是制作过孔，在基材和铜箔上钻孔并清洗之后镀上一定厚度的铜即可，之后的制作工艺和单层板几乎一样。双面板的两面都有焊盘，主要用于和其他电路板的连接。虽然它和单层板结构相似，但制作工艺差别很大。它的原材料是铜箔、保护膜和透明胶。先要按焊盘位臵要求在保护膜上钻孔，再把铜箔贴上，腐蚀出焊盘和引线后再贴上另一个钻好孔的保护膜即可。
因此，软板主要的构成部分如下：
与传统的PCB中情况类似，决定FPC性能最重要的材料就是基材，要想提高FPC整体的技术参数，就要提高基材的性能。基材的作用是提供导体载体，作为导体之间的绝缘介质，并且要有弯曲和挠性特性。用于软板的基材包括PI（聚酰亚胺）膜和PET（聚酯）膜，除此之外还可以使用聚合物膜，如PEN（聚对苯二甲酸乙二醇酯），PTFE和芳纶等。用于柔性覆铜层压板（FCCL）的主要基料保护层是PI，它一种热固性树脂，具有耐高温的特性。与其他的热固性树脂材料不同的是，在热聚合后PI仍能保持柔韧性和弹性，并且有耐热性和优秀的电学特性，这也是它被用作FPC基材的一个重要原因。但是PI也有其缺点，例如吸湿性差和延展性差的特点。吸湿性（Moisture absorption)是纤维的物理性能的指标之一，通常把纤维材料从气态环境中吸收水分的能力称为吸湿性。即使是改进型的PI基材，吸湿性也有0.7%。
为了制备长寿命的半导体器件，就要求封装材料具有高可靠性，包括耐热氧老化和紫外老化、低的热膨胀系数(CTE)、低应力、低吸湿性等特点。
为了克服PI材料的缺点，以苹果为代表的手机厂商开始使用LCP作为软板的基材。在制造上，具有热塑性的LCP薄膜覆盖铜箔，然后经受恒定的热压，可以制作成单面或双面软板。根据Transaction son Microwave Theory and Techniques给出的数据，这种软板的吸湿性可以达到0.04%，相比于PI基材提高了接近20倍，其介电常数在1GHz时可以达到2.85，因此可以与高速数字电路和射频电路兼容。
天线通俗来讲就是一根具有指定长度的导线，因此它可以制造在PCB和FPC上。而由于设备的小型化和便携化，留给天线的设计空间已经很小，因此目前主流的方案就是使用FPC制造天线，即可折叠式天线。可折叠式天线就是由软板制成，可以弯曲成任意的形状，从而应对人们对便携设备尺寸和设计的更高要求。
天线和普通电路的重要区别一点就是需要工作在高频段，而LCP具有很好的高频特性，且在5G模式下，频率的提高和数据传输速率的大幅度增加对天线和连接线都提出了更高要求。根据Apple insider网站披露，目前的4G手机中，苹果公司在2017年发布的iPhoneX/8Plus/8均使用LCPFPCB制作天线，在iphoneX中总共有四个之多，2018新机型iPhone models(XSMax,XS,andXR)则中有6个LCP天线。
在5G时代，不仅在天线当中，高速传输的数字导线也需要大量的LCP基材材料。
2.3天线设计材料之LCP
LCP具有低的介电系数，可以广泛用在可折叠式天线中，并且其能弯折、扭曲、旋转，是名副其实的“可折叠材料”。LCP还是优秀的的热塑性有机材料，由具有刚性和柔性单体单元的分子组成。
刚性单体使得LCP材料具有高温性能和高机械性能，而柔性单体有助于其进行工艺加工。特殊的分子结构使得LCP兼具晶体和无定型聚合物的优势，例如其尺寸和结构的稳定性、吸湿膨胀系数低，高强度、高耐热性、吸湿性低和环保的特点。在毫米波应用上，LCP还展示出了优秀的电学特性，在高达110GHz频率范围内仍具有稳定的介电常数和低介电损耗。
LCP也是RF系统中使用的重要基材。随着无线通信频率的提升，RF系统的材料技术和集成技术都面临诸多限制和挑战。在微波毫米波频率，RF基材在水和气体的渗透性方面的性能会严重影响器件的可靠性和寿命。尤其是在GHz频率以上，基材的吸湿性会引起天线、滤波器和传输线的损耗。高频下的工作的电路尺寸很小，因此材料的膨胀率低对于电路可靠性至关重要，而材料膨胀率又和吸水性能息息相关。另外，对于封装材料来说，重要的一点是把不同部件集成形成系统的能力。最后是材料的低成本要求。新型的材料技术必须同时满足以上几个要求，同时考虑到频率和环境变化的不变性。
目前天线中的基片衬底材料不仅成本高且性能差，例如常用的的FR-4、PTFE、CTE等材料。而LTCC层板目前在微波的衬底领域很受欢迎，具有优良的电气特性，紧凑的多层电路，封装气密性好等特点。但是缺点是成本高、高层压温度、密度问题、设计时间长以及工具成本和性能问题。LCP层板由于在毫米波方面的优势成为了可折叠毫米波基板材料。下表总结了LCP、LTCC和其他材料的对比。
在微带天线设计中，衬底基片是设计的重要一环，其机械性能、热学性能、电学性能都是需要考虑的重要方面。而LCP由于其以下重要特性成为制成毫米波微波天线的优良材料：
成本优势
低介电常数（2.9-3.2频率<105GHz）
低吸湿性（吸水率<0.004%），因此可以适应多种应用环境
LCP材料具有热塑性，不需要使用其他粘合剂层
在手机中的毫米波芯片当中，LCP天线必须外臵，而由于高频传输的高衰减特性的特点，毫米波天线更有可能采用AIP的封装方式坐在芯片内部。但是由于5G手机高传输速率和sub-6G频率的提升，相信手机厂商更多的会采用LCPFPC做排线和较低频天线。而在其他便携式设备甚至小型化基站中，毫米波天线可以使用LCPFPC材料制造。根据Apple insider报道，2019年iPhone可能会采用4个MPI天线加2个LCP天线的组合。MPI是一种改进型的PI材料，转向MPI材料的原因是因为苹果目前在MPI材料上的议价能力更有优势，供应商可以达到5家，目前LCP材料供应商只有2家。随着MPI材料可靠性和良率的提高，MPI可能会更大程度上替代LCP。在向5G过渡的阶段，MPI材料可以发挥一定的作用，但是到了毫米波真正投入使用的时候，LCP仍然有不可替代的高频性能方面的优势，5Gsub-6G的天线长度和4G差别不大。但是为了达到更高的速度要求，5G会使用更多根天线，即MIMO技术，例如8×8MIMO就是有8个发射端天线，8根手机端天线。这样看来，5G低频造成的影响主要是天线数量的增加。多个天线之间的形状重新排布会对手机后盖和走线提出新的要求以达到更好的效率。
2.4毫米波天线的设计考虑
毫米波之所以成为毫米波，是因为几十GHz的频率导致其波长已经缩减到了毫米级。波长的大幅度减小带来的问题是电磁波绕射能力变差，衰减变得异常明显。因此为了改善衰减，提高传输速度，5G技术中将会采用MIMO多天线技术、beam forming波束赋形、以及空间分级复用等技术。
关于高GHz频率，也就是毫米波的设计难点主要在于传播损耗，相比于sub-6GHz尤其严重。传播损耗通常用dB作为单位，数值越大损耗越严重。宏蜂窝是覆盖范围较远的基站，微蜂窝是覆盖范围较近的基站。视距（Line-Of-Sight）表征从发射源到接收可以直线传播的场景，非视线（NLOS）表征两者之间存在影响直线传播的障碍物。如图表所示，非视线（NLOS）的路径损耗远大于视距（LOS）。
城市宏蜂窝（UMa）LOS场景的具有与城市微蜂窝(UMi)LOS场景类似的路径损耗。
对于所有场景，28GHz和39GHz的路径损耗比LTEBand41至少大20dB。为了应对如此大的路径损耗，FCC标准允许基站（BS）进行高传输功率（75dBm每100MHz）。除了路径损耗和大气或雨衰损失外，建筑物的穿透损耗还取决于不同的材料，特别是对于混凝土墙壁，穿透损耗随着频率的增加而显著增加。对于28GHz，它可以高达117dB。鉴于这些挑战，基站和UE端都必须进行波束赋形。
可以看出，在所有测试环境中，可以看出28GHz和39GHz相比LTEBand41，路径损耗至少多出20dB,在用户端做毫米波的波束赋形比基站上的难度要大得多。IEEEAccess论文中同时提到，多天线对信号波束的实时监测和调整可能会使得手机一直处于高能耗状态，因此高能量效率和电池寿命都手机设计的限制因素。相应的，对于天线来说，也就是MIMO天线，从设计上会分裂成多个天线，多天线之间存在隔离度问题。MIMO天线不再是传统的一根导线分频段取信号模式，在手机狭小的空间中，连续成片设计天线区域有限，后盖应该是最佳的布设天线的区域。而波束赋形是针对信号来源方向对天线的方向性进行调整的一种技术，因此需要对每个天线进行单独的实时控制，这在技术上需要射频前端电路配合。
高频带来的衰减问题，从空间传播上可以用MIMO多天线和波束赋形来解决，但是在手机内部为了保证信号的完整性，也需要射频前端RFFE尽可能靠近毫米波天线。而毫米波天线的小尺寸，给天线和RFFE共同封装提供了可能。
例如2018年7月23日，高通宣布推出全球首款面向智能手机和其他移动终端的全集成5G新空口毫米波及sub-6GH下射频模组：QualcommQTM052毫米波天线模组系列、QualcommQPM56xxsub-6GHz射频模组系列。QualcommQTM052将无线电收发器，电源管理IC，RF前端组件和相控天线阵列集成在一起。
2018年10月最新发布的QTM052模组尺寸进一步减小25%，并且满足5GNR智能手机的使用，为手机UE设计提供了更多可能。QTM052是配合高通骁龙X505G平台使用的天线模组，里面包含了超小尺寸的相控天线阵列，适用于手机需要四组模组。该天线模组支持波束赋形、控制和跟踪，大大改善了毫米波信号的传输范围和可靠性。QTM052模组支持26.5-29.5GHz（n257），以及整个27.5-28.35GHz（n261）和37-40GHz（n260）mmWave频段的高达800MHz带宽。QTM052模组在非常紧凑的面积中集成了所有这些功能，最多可以将四个模组集成到智能手机中以支持MIMO。
2019年2月9日，高通发布了骁龙X55的最新5G平台的同时，还发布了最新的射频前端解决方案QTM5255G毫米波天线模组。在原有的毫米波天线模组的基础上减小了高度，8mm的高度可以用在纤薄外形的5G手机中。QTM525增加的频段可以支持全球毫米波频段，包括n258(24.25–27.5GHz)、n257(26.5–29.5GHz)，n260(37–40GHz)和n261(27.5–28.35GHz)。
从手机UE设计的角度看，在手机天线设计的起始阶段，就要注意寻找合适的位臵来配合合适的频段。
在手机中，最适合5G天线的位臵是两端，尤其是上端部。然而天线的数量及种类增加，会导致传统的布设天线两端空间拥挤，天线效率下降，部分天线需要移位至其它地方。这就对手机结构和材质、设计等带来了新的挑战。
天线如何摆放以配合UE的设计
毫米波通信的商用化给5GUE设计带来了挑战是多方面的，首先是RF带宽使得数据速率大幅提高，其次是毫米波通信会大大减小天线的尺寸，在原有UE设计的基础上还要辅助波束赋型和空间复用技术。
对于针对波束赋形的天线阵列设计，天线单元之间的距离是设计的关键，因为MIMO要求天线之间的距离至少为半个波长来避免旁瓣辐射，旁瓣辐射会引起增益和辐射效率的降低。在解释旁瓣辐射之前，我们首先了解一下什么事天线方向图。天线方向图是指辐射场的相对场强（归一化模值）随方向和距离而变化的图形，通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。
天线在方向图上一般呈花瓣状，故方向图又称为波瓣图。最大辐射方向所在的瓣称为主瓣，主瓣宽度表示能量辐射集中的程度。其余的瓣称为旁瓣或侧瓣，旁瓣的大小表示有部分能量分散辐射到这些方向上去，在天线设计中希望它越小越好。
天线之间的隔离同时也是为了保证空间增益，相邻的天线单元之间的距离取决于具体的天线设计和使用方式，以均匀方阵天线为例，相邻的天线要保证1.5个波长。因此UE端的手机系统设计既要多场景下的考虑波束赋形也要考虑空间复用。
如图所以给出了针对5G手机提出的一种分布式相位阵列MIMO结构的手机设计方案，其中有8个相控阵列单元形成波束赋形模组，内嵌在手机壳背面下方。
8个天线将会配合不同的用户使用场景进行工作。针对不同的应用场景，会有不同的来自人体对电磁波的阻挡方式。这种电磁波阻碍在低频下可能显得并不严重，但是在高频毫米波工作方式下，信号的衰减尤其严重。因此针对不同的场景，手机中的天线将会配合工作，有针对性的发射和接受信号，这一方面可以降低手机功耗，还可以更大程度上保证信号的稳定性。
下图给出的是一种针对毫米波的射频前段解决方案。可以看出，从系统上讲，与天线配合工作的射频前端芯片需要针对每个天线单独控制，因此不仅是MIMO天线数量的会直接增长，射频前端电路的需求量和天线是同步的。
