《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁(yè) > 模擬設(shè)計(jì) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > iPhone 4 的天線(xiàn)故障分析
iPhone 4 的天線(xiàn)故障分析
摘要: 美 權(quán)威雜志」和「PR Expert」這兩個(gè)標(biāo)題開(kāi)始了病毒復(fù)制般的生命。這種開(kāi)頭方式讓人反感 — 生硬,似乎不可質(zhì)疑。細(xì)看下去,「PR Expert」那少見(jiàn)而篤定的語(yǔ)氣是幾個(gè)公關(guān)和危機(jī)處理專(zhuān)家在看過(guò)「消費(fèi)者報(bào)告」上一份語(yǔ)焉不詳?shù)脑u(píng)測(cè)而做出的結(jié)論,「美權(quán)威雜志」同樣也是援引「消費(fèi)者報(bào)告」的結(jié)論。
Abstract:
Key words :

來(lái)源:cnbeta

 

「美 權(quán)威雜志」和「PR Expert」這兩個(gè)標(biāo)題開(kāi)始了病毒復(fù)制" title="病毒復(fù)制">病毒復(fù)制般的生命。這種開(kāi)頭方式讓人反感 — 生硬,似乎不可質(zhì)疑。細(xì)看下去,「PR Expert」那少見(jiàn)而篤定的語(yǔ)氣是幾個(gè)公關(guān)和危機(jī)處理專(zhuān)家在看過(guò)「消費(fèi)者報(bào)告」上一份語(yǔ)焉不詳?shù)脑u(píng)測(cè)而做出的結(jié)論,「美權(quán)威雜志」同樣也是援引「消費(fèi)者報(bào)告」的結(jié)論。

為什么這份測(cè)試細(xì)節(jié)不詳?shù)膱?bào)告效力如此強(qiáng)大?即便有人稱(chēng)該雜志權(quán)威可靠,但是作為一篇實(shí)驗(yàn)室報(bào)告,沒(méi)有寫(xiě)到測(cè)試環(huán)境、測(cè)試儀器、測(cè)量的方法和步驟,草草幾段就下定結(jié)論,未免太過(guò)草率?

這篇測(cè)試中有價(jià)值的信息僅為:「弱信號(hào)下,購(gòu)買(mǎi)來(lái)的 3 臺(tái) iPhone 4 會(huì)丟失信號(hào),而 iPhone 3GS 和 Palm Pre 不會(huì)?!?/p>

測(cè)試者用指尖按住 iPhone 4 左側(cè)底部的「死點(diǎn)」,為什么不使用正常的握持姿勢(shì)測(cè)試?AnandTech 模擬了 5 種握持方法 — 正常持機(jī)、用力握緊、平攤掌心等。消費(fèi)者報(bào)告的測(cè)試過(guò)程是什么樣的?有像 AnandTech 一樣多次測(cè)試取平均值嗎?模擬基站環(huán)境下的弱信號(hào)是多少,-113dBm 附近還是其他的數(shù)值?更重要的是,用什么姿勢(shì)把持對(duì)比測(cè)試用的 iPhone 3GS 和 Palm Pre?這兩臺(tái)測(cè)試機(jī)的天線(xiàn)" title="天線(xiàn)">天線(xiàn)位于機(jī)身底部,天線(xiàn)外是絕緣殼,因而沒(méi)有「死點(diǎn)」,但握姿不同,同樣也會(huì)影響信號(hào)接收,不妨參考 AnandTech 的對(duì)比測(cè)試(iPhone 3GS 和 Nexus One)。既然沒(méi)有死點(diǎn),如果測(cè)試機(jī)用的是正常握姿,為什么 iPhone 4 不使用相同的姿勢(shì)?而他們完全沒(méi)有提到對(duì)比用機(jī)的測(cè)試方法,所以這個(gè)結(jié)論值得懷疑。

另外 Geohot 尚未打算發(fā)布 iPhone 4 越獄軟件,而且蘋(píng)果已經(jīng)在 iOS 4 中移除了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試(Field Test,即工程模式)的有關(guān)文件,那么,消費(fèi)者報(bào)告是如何準(zhǔn)確的測(cè)量 iPhone 4 的信號(hào)接收強(qiáng)度呢?(測(cè)試所附的視頻上顯示有一臺(tái) GSM 測(cè)試儀器,該儀器和 iPhone 4 之間沒(méi)有連線(xiàn)。目前,該視頻似乎已經(jīng)無(wú)法訪問(wèn)。)期待電子工程的專(zhuān)家能解答這個(gè)問(wèn)題。

設(shè)計(jì)沒(méi)有錯(cuò)

不太了解事情過(guò)程的讀者先看下圖:

這幅圖來(lái)自谷 歌趨勢(shì),橫軸是時(shí)間,縱軸是搜索量指數(shù),關(guān)鍵字是「iPhone 4 天線(xiàn)問(wèn)題」。人們最早知道 iPhone 4 有信號(hào)接受的問(wèn)題是在正式發(fā)售以前,一些用戶(hù)提早拿到了手機(jī),也就是在 6 月 23 日。之后,該話(huà)題的搜索量指數(shù)猛增,不過(guò)在正式發(fā)售的第二天后指數(shù)開(kāi)始回跌,然后數(shù)日內(nèi)維持在一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)量,并在蘋(píng)果 7 月 2 日發(fā)布軟件修復(fù)的官方聲明后繼續(xù)下跌(本站編譯了約翰·格魯伯對(duì) 此聲明的解讀。)。這至少可以部分地說(shuō)明一件事:如果 iPhone 4 的信號(hào)問(wèn)題真的有媒體說(shuō)的那么嚴(yán)重,隨著售出的 iPhone 4 越來(lái)越多,為何搜索指數(shù)一直在下降呢?

iPhone 4 有信號(hào)接收的問(wèn)題,但這個(gè)問(wèn)題被夸大了。

一些 iPhone 4 用戶(hù),包括本站的讀者也表示,iPhone 4 的信號(hào)更好了。沒(méi)有錯(cuò),蘋(píng)果在 iPhone 4 中使用了靈敏度更高的基帶芯片。對(duì)于 UTMS(3G)設(shè)備,手機(jī)反饋的最佳信號(hào)強(qiáng)度是 -51dBm,在基站附近可以得到這個(gè)數(shù)字,而在失去連接之前手機(jī)所能接受的最弱信號(hào)強(qiáng)度是 -113Bm。在 AnandTech 的測(cè)試中,弱信號(hào)下(-113dBm)iPhone 4 的表現(xiàn)比 iPhone 3GS 更好。

蘋(píng)果在 7 月 2 日的聲明中說(shuō):

我們已經(jīng)回到實(shí)驗(yàn)室里對(duì)于一切問(wèn)題進(jìn)行了反復(fù)測(cè)試,結(jié)果并無(wú)二致── iPhone 4 的無(wú)線(xiàn)性能是我們所有手機(jī)產(chǎn)品中最出色的。

蘋(píng)果沒(méi)有說(shuō)錯(cuò),了解這一點(diǎn)才能繼續(xù)探明事情究竟錯(cuò)在哪里。這件事是兩個(gè)問(wèn)題,第一個(gè)是天線(xiàn)設(shè)計(jì)是否有錯(cuò),第二個(gè)是蘋(píng)果自己提到的信號(hào)顯示算法問(wèn)題。

必須分開(kāi)看:天線(xiàn)設(shè)計(jì)沒(méi)有錯(cuò),這點(diǎn)會(huì)在下文中解釋。蘋(píng)果栽在信號(hào)顯示算法上。通常,手機(jī)廠商均衡地劃分信號(hào)指示器的強(qiáng)度,這很容易讓用戶(hù)認(rèn)為,信號(hào)大小之間是線(xiàn)性關(guān)系。看下圖:

這是 AnandTech 對(duì) iPhone 4 的測(cè)試結(jié)果。信號(hào)格線(xiàn)性遞增,但第五格(最高格)所代表的信號(hào)范圍從最大值 -51dBm 一直延伸到 -91dBm,而最低格僅覆蓋 -107dBm 至 -113dBm 的范圍。蘋(píng)果刻意增大了滿(mǎn)格信號(hào)覆蓋的范圍,致使用戶(hù)產(chǎn)生了「信號(hào)一直很好,但一握就立刻變差」的錯(cuò)覺(jué),或這么說(shuō):持機(jī)后 iPhone 4 的信號(hào)的確下降了,但沒(méi)有信號(hào)指示器變化的那么劇烈。

據(jù)測(cè)試,緊緊地握住 iPhone 4 會(huì)衰減 24dB 信號(hào),這是最糟糕的情況。在這種情況下會(huì)有兩種截然不同的結(jié)果。1、手機(jī)在基站附近,假設(shè)原始信號(hào)強(qiáng)度是 -60dBm,抓緊手機(jī)后衰減 24dB,信號(hào)強(qiáng)度剩下 -84dBm,但仍在第五格(-51dBm 到 -91dBm)的范圍內(nèi),因此 iPhone 4 依舊顯示滿(mǎn)信號(hào)。2、現(xiàn)在換一個(gè)信號(hào)差一些的地方,假設(shè)是 -80dBm,衰減 24dB,信號(hào)強(qiáng)度剩下-104dBm,你會(huì)發(fā)現(xiàn),iPhone 4 的信號(hào)格很快從滿(mǎn)格降到了 2 格 — 衰減同是 24dB,但信號(hào)指示器的行為和它線(xiàn)性的圖形特征失調(diào)。

以往 iPhone 的天線(xiàn)在機(jī)身底部,外部有絕緣的塑料殼,而手弓形成了讓天線(xiàn)得以正常工作的空間,所以這種「夸張」的信號(hào)顯示算法在之前的機(jī)器上表現(xiàn)不明顯,但握緊任何手機(jī)都會(huì)衰減信號(hào)的說(shuō)法,是沒(méi)有錯(cuò)的。如果蘋(píng)果一開(kāi)始就不用這種算法,或者在 iOS 4 中對(duì) iPhone 4 使用「正確」的算法,絕不會(huì)有今天這種喧囂的場(chǎng)面存在。另外,iOS 取的是 10 秒平均信號(hào),意在弱化信號(hào)驟然變化的表象,實(shí)屬掩耳盜鈴之舉。

耍小聰明總會(huì)付出代價(jià)。而且,既然采用了更靈敏的基帶芯片,何必好上加「好」?

是妥協(xié),不是失誤

AnandTech 的 iPhone 4 評(píng)測(cè)中有這么一句話(huà):「射頻是洪水猛獸?!构こ處煵粩嘈拚炀€(xiàn),增加或減少長(zhǎng)度以接近最優(yōu)的結(jié)果。它的行為古怪,所謂最優(yōu)也只是相對(duì),例如握緊 iPhone 4 居然增加了 5dB 至 10dB 的 WiFi 信號(hào)強(qiáng)度,超乎常人理解。

iPhone 4 的天線(xiàn)設(shè)計(jì)是多方妥協(xié)后的次優(yōu)結(jié)果。

先從聯(lián)邦通信委員會(huì) FCC 說(shuō)起,F(xiàn)CC 嚴(yán)格限制手持設(shè)備的發(fā)射功率,它使用「特殊吸收率」(SAR)一值來(lái)度量。早期的手機(jī)天線(xiàn)位于機(jī)身外部,后來(lái)越做越短,最終消失不見(jiàn),集成到了機(jī)殼中。為了滿(mǎn)足 FCC 的測(cè)試要求,現(xiàn)代手機(jī)的天線(xiàn)幾乎都設(shè)計(jì)在底部,遠(yuǎn)離頭蓋骨的位置。而手的位置在頭部之下,人們持機(jī)時(shí)自然握住手機(jī)底部,而非頂部。

但 FCC 的測(cè)試過(guò)程存在一個(gè)問(wèn)題,它要求受測(cè)手機(jī)貼近頭部,但卻不考慮手持對(duì)天線(xiàn)的影響(它假設(shè)人手是絕緣體),AT&T 也是如此,手機(jī)需經(jīng)過(guò)和 FCC 相似的測(cè)試,才準(zhǔn)許入網(wǎng),同樣不考慮手持影響。因此,天線(xiàn)設(shè)計(jì)的要義漸漸變得為了滿(mǎn)足測(cè)試結(jié)果,而不大考慮信號(hào)收發(fā)的效率和人手影響了。顧此而失彼,這是第一個(gè)妥協(xié) — 蘋(píng)果為滿(mǎn)足 FCC 的要求,又不想喪失產(chǎn)品的特性。

第二方是 AT&T。無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)由許多基站組成,測(cè)試信號(hào)強(qiáng)度時(shí),需要確定手機(jī)是連接在單個(gè)基站上,還是在不同的基站間切換。基站方位、周?chē)匦魏托^(qū)呼吸都會(huì)影響到信號(hào)接收。如上文所說(shuō),信號(hào)同屬滿(mǎn)格狀態(tài),但在不同的測(cè)試地點(diǎn)抓緊 iPhone 4 后,有的仍為 5 格,有的降到 2 格。因此,雖然無(wú)法證明 AT&T 的影響因素有多大,但顯然也無(wú)法證偽。

第三方是蘋(píng)果設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和喬布斯。為了新設(shè)計(jì)和美感,而做出功能上的妥協(xié)。

失諧和衰減

天線(xiàn)工程師斯潘塞·韋布(Spencer Webb)在博客中寫(xiě)道,握住手機(jī)天線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)截 然不同的后果:失諧和衰減。

可以這么理解失諧(Detuning)。想象一只空的紅酒杯,用叉子去敲擊,然后酒杯發(fā)出某個(gè)頻率的響聲。如果往杯子里倒入一些紅酒再敲,響聲的頻率會(huì)發(fā)生改變,變得更高了。

這對(duì)天線(xiàn)來(lái)說(shuō)也是一樣。天線(xiàn)在其工作頻率上共振,當(dāng)人們把手放在天線(xiàn)上時(shí),等于載入了大量的含鹽分的電介質(zhì)(Dielectric),這會(huì)降低天線(xiàn)的共振頻率,并影響其以特定頻率發(fā)射信號(hào)的能力。如果天線(xiàn)寬度很窄的話(huà),甚至可能癱瘓它的工作能力。通常,稱(chēng)小型天線(xiàn)為窄帶,大型天線(xiàn)為寬帶,你可以用波長(zhǎng)的概念來(lái)理解。因此,這就是為什么失諧是用手觸碰天線(xiàn)后產(chǎn)生的首個(gè)不良后果。對(duì)所有的天線(xiàn)都是如此。

接著說(shuō)衰減(Attenuation),或稱(chēng)損耗。因?yàn)槿耸质请娊橘|(zhì),因此它比空氣更容易聚集電場(chǎng)。這被稱(chēng)作介電常數(shù)(Dielectric Constant),人手的介電常數(shù)很高,大約是 12 或 20,依飲食和肥胖程度的不同而變化。然而手部也是導(dǎo)體,雖然不是良導(dǎo)體,但足夠讓你嘗到電擊的滋味了 :p 。

我們稱(chēng)這種非良導(dǎo)體為「損耗」。 當(dāng)射頻能量穿過(guò)人手或頭部時(shí),部分會(huì)轉(zhuǎn)化成熱量,這就是 SAR 的由來(lái),當(dāng)手握緊天線(xiàn)后,這種效應(yīng)會(huì)減少信號(hào)射出的能量。這就是觸碰天線(xiàn)的第二個(gè)影響。

總結(jié),失諧減少了電路發(fā)往天線(xiàn)的能量(反之亦然);衰減將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱量。

膠帶解決不了問(wèn)題

一件有趣的事情是,無(wú)論電工膠布、透明膠或其他什么「絕緣條」都解決不了按住「死點(diǎn)」后信號(hào)衰減的問(wèn)題。僅憑此,即可證明「消費(fèi)者報(bào)告」的草率和不專(zhuān)業(yè),因?yàn)椤赶M(fèi)者報(bào)告」在那篇評(píng)測(cè)的文末建議 iPhone 4 用戶(hù)用膠條遮蓋以緩解癥狀。

再次請(qǐng)出天線(xiàn)工程師斯潘塞·韋布:

在這件事情上,重要的是弄清楚我們討論的是天線(xiàn)中的射頻電流(RF Currents),而不是直流電(DC)。如果用一段絕緣且薄的膠帶蓋住 iPhone 4 的左側(cè)黑條,將不會(huì)有明顯的改善。這是因?yàn)?,雖然這段膠帶有效的隔阻了直流電(0 赫茲),但是高頻振蕩的射頻信號(hào)(1GHz,即 10 億赫茲)卻能使其成為一只大號(hào)電容器。

電容器的基本構(gòu)造是兩片導(dǎo)電板中間隔著一層絕緣體。當(dāng)電容量足夠高的時(shí)候(導(dǎo)電板面積越大,或絕緣體越薄時(shí)),便形同短路。

韋布后來(lái)用朋友的 iPhone 4 做了測(cè)試,結(jié)果佐證了他的預(yù)測(cè) — 膠條沒(méi)有效果。

其他言論

科技博客作者,TowerGroup 的首席分析師鮑勃·伊根(Bob Egan)認(rèn)為「消費(fèi)者報(bào)告」的測(cè)試存在「固有缺陷」,「幾乎不能算做科學(xué)」。

他寫(xiě)道: 「看過(guò)這份的報(bào)告后,我認(rèn)為他們不受控制而且不科學(xué)的測(cè)試方法,和其他許多博客已經(jīng)做過(guò)的測(cè)試一模一樣?!?/p>

總結(jié)

iPhone 4 的硬件設(shè)計(jì)沒(méi)有缺陷,是屈從各種約束的結(jié)果。握緊任何手機(jī)的天線(xiàn)都會(huì)受到信號(hào)衰減的影響,iPhone 4 將天線(xiàn)移到側(cè)邊加重了衰減程度,再加上錯(cuò)誤的信號(hào)顯示算法,放大了這個(gè)問(wèn)題的嚴(yán)重程度。

測(cè)試顯示 iPhone 4 的信號(hào)接收能力比以往的 iPhone 更強(qiáng),許多用戶(hù)也有相同的體會(huì),這是因?yàn)?iPhone 4 的基帶芯片更加靈敏。

現(xiàn)代傳播有可能放大一個(gè)問(wèn)題的嚴(yán)重程度,但只要細(xì)看「消費(fèi)者報(bào)告」粗糙的評(píng)測(cè)文章,關(guān)注科技媒體的讀者通常能夠產(chǎn)生一些懷疑。比起一個(gè)篤定的結(jié)論,人們更需要了解測(cè)試過(guò)程是否科學(xué)。

別盯著在弱信號(hào)條件下的連接問(wèn)題,看看 IPS 視網(wǎng)膜顯示屏,看看 iOS 4 諸多新增特性,看看增大一倍的內(nèi)存、背照式攝像頭、三軸陀螺儀、更快的 GPS 定位速度、iMovie for iPhone、iBooks、Facetime、A4 處理器、容量更大的電池、音質(zhì)更好的揚(yáng)聲器、去噪音麥克風(fēng)、還有,更靈敏的基帶芯片、增強(qiáng)型 HSDPA 提高了近 1 倍的下載速度、HSUPA 提高了 10 倍上傳速度、關(guān)乎用戶(hù)體驗(yàn)的 3G 網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間也縮短了很多。真的不可思議!

iPhone 4 是一部偉大的手機(jī)!

但請(qǐng)?zhí)O果先免費(fèi)為每一位 iPhone 4 用戶(hù)發(fā)送塑膠套。

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。