手机信号差?真相也许源自40年前的发明

移动互联时代,智能手机的主要功用早就不是接打电话或者收发短信:在线聊天、视频、直播、手游、阅读成为了“低头党”们的主要活动,而所有这些都由高速的移动互联网承载。所以,当手机网络遭遇“卡顿”、“掉线”、“等待”,急不可耐的你在爆粗口的同时,有没有想过,究竟是手机中的哪个组件决定了这一切?

马丁·库帕(Martin Cooper)

要解释这一切,得追溯到1973年4月3日——当马丁·库帕(Martin Cooper)在曼哈顿的大街上,于众目睽睽之下,使用摩托罗拉Dyna TAC拨通了世界上第一通移动电话,他不仅被承认为手机的发明人,同时也决定了之后几十年间,手机通讯的最基本原件——天线的工作原理,甚至是外观设计。

用过或是在电影看过里“大哥大”的朋友,想必都还记得那又粗又大的外置式天线——很明显,大体积的天线就是为了获取更好的收讯效果。这一点即使是到了早期的一些“袖珍手机”(比如同样经典的“掌中宝”)时代,天线依然被设计成可抽拉式的以增强信号。

直到诺基亚的3210开创了“内置天线”的时代(严格来说,东芝的TCP-6000才是第一个内置天线手机,但是诺基亚3210的热销使得内置天线正式成为业界风尚),或粗壮或细长的外置天线才算是结束了历史使命。但是——内置天线并不等于只是把天线“放进手机里”,而是依托于一种新的天线形式,这就是我们今天的智能手机依然在使用的印刷天线。

印刷天线

所谓“印刷天线”,其实就是说天线是使用了薄膜印刷技术,做成非常薄的体型,贴在手机的内部框架上或者外壳内部。和外置的大天线相比,印刷天线可以做出更大的有效面积,不仅更美观信号还更强了,可谓是一大创举。

但是,过去的“大哥大”只有打电话的功能,所以天线只要一根就足够了(用于连接GSM网络)。而现在的手机既要连接移动网络,又要具备WiFi、蓝牙、NFC、无线充电……等等各种不同的无线功能,特别是4G网络要求手机要使用多根天线同时收发才能达到最大速率,这就是所谓的“载波聚合(CA)”。比如,三星S8是最早支持千兆LTE-A移动网络的手机之一,而实现千兆无线连接需要4CA,这就意味着S8里至少要有四根可以同时工作的天线用于连接移动网络……

显然,在手机里同时“塞进”七八根印刷天线,还得保证它们相互之间不干扰,是一件非常困难的事情,所以就诞生了两个关键技术,一是边框天线,另一个是天线复用。

iPhone 4 天线设计

大家也许还记得苹果iPhone 4曾经爆出“死亡之握”——具体来说,只要握住机身上的天线隔离带,手机的信号就会大幅衰减。这其实就是因为苹果(包括之后绝大部分手机)都使用了“边框天线”,也就是把机身上下边缘的金属外边框和内部天线相连,以起到天线的作用。为了不让天线和机身上其他部分导通而影响信号,金属边框必须被“切断”,充当天线的部分和没有充当天线的部分被绝缘材料隔开,这就是“信号隔离带”的真相。而握住隔离带,实际上就是把人的身体当做导体,接通了天线和其他金属外壳部分,从而使得天线部分受到干扰,信号自然就会大幅下降。

金属外壳

而所谓“天线复用”,则是利用了不同的通信协议存在不同的信号间隔时间的特点——让用一根天线“上一瞬间”传输蓝牙信号,“下一瞬间”则用于WiFi,两者之间控制好节奏就能实现互不干扰,“一根天线当两根用”。

骁龙835

在高通的骁龙835平台中,还可以实现把WiFi天线和LTE天线复用,从而进一步节省成本并提升WiFi速率。小米6之所以只有一根独立的WiFi天线,却能实现和其他双天线手机一样的翻倍下载速度,就是得益于这项技术。

总的来说,手机天线的基本原理在40多年间,并没有什么本质上的变化——而对于时下的智能手机来说,除了软件上的因素(比如基带驱动),天线的设计和用料相比过去自然是更加关键地影响到用户的日常体验。毕竟,现在手机已经成为了我们随身不可或缺的“信息伙伴”,而信号不佳则可以说现代手机的“噩梦”。所以,下次手机出现信号不良的情况时,除了抱怨——大家自然也应该想到检查自己握持的方式——亦或者是不是因为跌落、碰撞而导致印刷天线受损了?

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但为君故,沉吟至今

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