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十年来iPhone的外观、工艺和天线设计发生了哪些变化？

发布于：2024-06-18 编辑：匿名来源：网络

雷锋网出版社：作者RF妹妹创客RF太空夏曾德，这篇文章主要讲的是从第一代iPhone到现在这10年里iPhone外观工艺和天线设计的变化。

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iPhone一直以其简洁的外观、轮廓和精湛的加工工艺而具有独特的风格，让人一眼就认出来。

从第一代iPhone到最新的iPhone 7/7 Plus，十年来，每一代iPhone都给大家带来了不同的惊喜。

虽然遇到了天线门、弯曲门、剥漆门，但每次都很轻松。

冷静地处理它。

可以说，苹果的很多产品设计中，都存在视觉、手感和工艺上的妥协。

iPhone在过去十年里发生了变化。

从外观和工艺上看其天线设计的变化，或许我们可以了解到更多。

1. iPhone、iPhone 3G 和 iPhone 3GS。

从第一代iPhone到iPhone 3G、iPhone 3GS，三代后盖均采用非金属材质。

在iPhone 4边框天线设计出现之前，三代产品均采用FPC天线设计结构。

。

第一代 iPhone 后壳的上半部分由金属制成，下半部分由塑料制成。

iPhone 无线信号无法穿透铝合金，但可以穿透塑料。

因此，这一代iPhone采用了电镀铝合金和塑料后壳材质，这是当时技术限制和审美哲学之间做出的妥协。

拆开iPhone看看内部天线结构。

拆下电池，可以看到两根线连接到逻辑板（逻辑板又称为屏驱动板、中控板、TCON板。

液晶屏无法直接识别主板的输出信号。

主板的信号必须经过逻辑板处理后再传输到液晶屏）天线布线。

拔下连接到左侧底座接口的天线线。

使用FPC+支架只能看到天线形态。

拆下天线支架。

iPhone采用金属材质，可以提供更加美观、耐磨、卓越的手感体验。

不过，由于金属材质本身的信号屏蔽特性，导致设备无法正常收发无线信号，因此后续的iPhone采用了金属与玻璃、塑料材质相结合的设计。

iPhone 3G 和 iPhone 3GS 对 3G 网络提供额外支持。

为了保证无线信号的稳定传输，两者也都采用了塑料外壳。

iPhone 3G（黑色） iPhone 3GS（白色）查看iPhone 3GS的内部结构图，我们发现采用FPC设计的天线是依靠铜箔来辐射信号的。

其优点是设计相对简单，生产成本低。

缺点是容易接收硬件且影响装配精度，并且iPhone 3GS的天线连接一直不稳定。

iPhone 3GS 2、iPhone 4、iPhone 4S iPhone 4 保护壳由三个基本部分组成：两块光滑的高强度玻璃以及环绕周边的不锈钢带。

同样的iPhone4S外观和工艺延续了iPhone 4的风格。

iPhone4前后玻璃面板、金属中框 iPhone 4的金属中框采用CNC不锈钢工艺，左侧和顶部的两个缝隙将其分为两段。

边框不仅充当机身的框架，还充当手机的无线天线。

两部分的左半部分用作WiFi、蓝牙和GPS天线，而右半部分则用作UMTS/GSM手机网络天线。

iPhone 4金属框架结构的全新天线设计是iPhone 4的一大创新亮点。

为了提高灵敏度，工程师将天线位置从前代机型的内部移至了外壳（金属框架）侧面。

然而，天线工程师却大吃一惊。

号称“改变一切”的新款iPhone 4，被曝存在最基本的通讯缺陷——“天线门”。

iPhone 4大胆的天线设计解析 iPhone 4手机网络所使用的主天线不仅位于外壳侧面，而是与手机内部的另一根天线组合在一起。

外壳侧面焊接有一块形状复杂的金属片，据信该金属片用于支持不同国家/地区的多个频段。

据《日经电子》泄露的一位天线工程师透露，iPhone 4天线之所以刻意由两部分组成是“因为当需要微调频率特性等时，如果天线只有机壳部分，需要用模具重新制作。

” 。

事实上，手机内部的天线配备有线圈和电容器，分别用于调节特性。

它配备的电极作为支持多个频段的单个天线来说非常小，因此可以将其视为辅助外壳侧面天线的微调天线。

主天线结构（图片来自《日经电子》）主天线位于机身下方，由两根天线组成。

它们是：①使用外壳侧面的天线，以及②在扬声器模块上的薄树脂部分上布线的天线。

但这种创新设计有一个意想不到的副作用：由于用户握持手机的方式导致接收不稳定。

这个“问题”很可能源于天线结构：靠近手机左下侧的狭缝，很容易导致接收不稳定，而开盖时暴露在盖侧面的辐射电极，它是两个天线的连接处（如下图）。

图为iPhone 4主副天线的结构及电路图，部分iPhone 4外壳用作天线（图片来自《日经电子》）和副天线（用于WLAN、蓝牙和GPS））似乎用在外壳辐射电极的上侧（上图）。

外壳顶部的辐射电极缝的辐射电极一侧的两侧仅设有电源按钮，另一端是耳机插孔、音量控制等。

与耳机插孔和音量控制按钮不同，电源按钮不用于通信。

因此，看来天线和按钮的位置都进行了调整，以免影响通讯功能。

最终的解决方案：CDMA版的iPhone 4以及苹果后来推出的升级版4S将金属中框分成了额外的一段来解决这个问题。

与iPhone 4相比，iPhone 4S如何提高接收灵敏度？在分析过程中，工程师发现CDMA iPhone 4S增加了接收分集功能。

通过测试iPhone 4S的TRP（总辐射功率）和TIS（总全向灵敏度）来了解其信号的改善情况，并在手机旋转时测试其三维接收灵敏度。

红色部分越明显，接收灵敏度越好。

良好的无线特性（图片来自《日经电子》）通过对iPhone 4S信号接收灵敏度的测试，可以得出结论：iPhone 4S具有优秀的无线特性，手持时信号接收灵敏度变差的问题得到了改善。

大大改善。

此外，CDMA版iPhone 4S还引入了新技术，可以减少手持时接收灵敏度的下降。

iPhone 4和iPhone 4s的辐射功率和灵敏度测试数据对比 iPhone 4S具有出色的无线特性，握持时接收灵敏度的降低控制在7至18dB。

测试数据显示，iPhone 4S信号问题得到了很好的解决。

接下来我们将详细了解iPhone 4S从外到内解决信号问题的设计变化。

iPhone 4/iPhone 4S 黑缝以及静音按钮的位置。

iPhone 4的结构是，当你用手挡住机身左侧的黑色接缝时，供电点和接地就会短路。

iPhone 4S在加强接地的同时，部分改变了内部结构，从而解决了接收灵敏度降低的问题。

例如，iPhone 4S 在天线旁边的扬声器模块中添加了一个板簧。

推测这是为了确保与接地部分的接触，从而减小电位差。

此外，预计将进行改进以优化天线阻抗，使其不易受到手的影响。

iPhone 4S增加了片簧以加强接地。

拆解iPhone 4S时发现，锂离子充电电池的宽度缩短了约1mm，而基板的宽度则相应增加，而变宽的部分是由于天线从中穿过。

天线固定在防止电磁噪声的金属外壳上，并沿基板纵向排列。

天线中间有一个金属端子，这部分与金属外壳相连。

iPhone 4S通过加入天线设计，解决了iPhone 4因天线设计而“握持手机的方式影响信号接收灵敏度”的问题。

基板增加的宽度是天线通道（iPhone 4S基板与iPhone 4基板重叠时的比较）。

在日本，Apple 从 iPhone 4S 开始增加了新的 CDMA 型号。

因此，这次我们也使用au的iPhone 4S来评估CDMA方式。

发现CDMA方法嵌入了接收分集功能以提高接收灵敏度。

工程师拆解推测iPhone 4S上有四个缺口，功放IC部分增加了一根新的同轴电缆。

可以想象，在高频状态下，四个狭缝将机架大致分为上、中、下三部分。

这里提到“高频状态”是因为高频电路与所有组件上的某一点电连接，以实现接地共享。

如果把机身下部看成主天线，机身上部看成副天线，那么功放IC部分新增一条同轴连接线就可以合理解释了。

也就是说，苹果为iPhone 4S配备了CDMA支持的“接收分集”功能。

配备接收分??集功能（图片来自《日经电子》） iPhone 4S 封装有一条连接线，用于将上部天线连接到基板上的 RF IC。

CDMA版本估计会配备根据情况使用上下天线的接收分集功能。

接收分集是无线通信领域很早就使用的一种接收灵敏度提高技术。

其原理是：提前准备多个接收天线，选择电波条件好的天线接收信号，或者对所有天线接收到的信号进行相位合成处理。

3、iPhone 5至iPhone 5S（iPhone 5c） iPhone 5并没有延续iPhone 4S的玻璃面板+钢制金属框架的设计，而是采用了阳极氧化铝技术制成的铝合金材质。

当然，iPhone 5S的外观设计也延续了这种风格。

iPhone 53G/3GS的后盖只是一块大塑料，天线不在外壳上。

4/4s使用侧框作为天线。

为了保证信号稳定性，iPhone 5的金属背板采用三段式设计，上下部分均由陶瓷玻璃制成。

这也是外观设计上必须做出的妥协，防止金属屏蔽电磁波。

iPhone 5正面和背面。

iPhone 5、iPhone 5S、iPhone 5c拆解对比。

去掉显示屏后，三者的内部布局基本没有什么区别。

布局基本相同，一侧是电池，另一侧是主板。

拆掉电池后，就可以看到三者的区别了。

iPhone 5 和 iPhone 5C 之间几乎没有任何变化。

5S和5C天线设计分析技术人员对iPhone 5s和iPhone 5c进行拆解分析。

他们发现，用于移动通信、无线局域网/蓝牙和GPS的三根天线集成在机身上部，用于移动通信的副天线位于机身下部。

5c和5s的天线基本配置没有改变（图片来自《日经电子》）iPhone 5s同样采用了使用一些外部金属件作为天线的结构，而采用树脂外壳的iPhone 5c则配备了钣金件，内部发挥同样的作用。

（A）。

5s 和 5c 的无线 LAN/蓝牙天线略有不同 (b)。

用于移动通信的主天线和GPS天线通过设置在基板最上部的正面和背面的端子连接。

iPhone 5s 使用机壳的金属框架作为天线，iPhone 5c 在机壳内部使用钣金组件来实现相同的功能。

无线 LAN/蓝牙天线连接至主板突出部上的连接器。

就此而言，iPhone 5s 使用基于柔性基板（FPC）的天线模块集成电缆，而 iPhone 5c 使用更便宜的同轴电缆。

具有相同功能的模块有细微的差别。

“性能上应该几乎没有差异。

只是天线模块的供应商不同而已”（《日经电子》射频技术人员）。

4、从iPhone 6/6 Plus到iPhone 6S/6S Plus iPhone 6s/6s Plus的外观采用了与iPhone 6/6 Plus相同的设计，同样的圆润机身，同样的三段式设计，同样的白色皮带（注射条）。

对于iPhone 6s/6s Plus一体式背面金属壳屏蔽电磁波信号的问题，工程师只能将天线导出，这似乎是基于iPhone 5的三段式设计。

与iPhone 6相比， iPhone 6、iPhone 6S背面具备“全网通”能力（公版iPhone 6 Cellular支持移动/联通/电信2G/3G/4G），支持.11a/b/g/n/ ac无线网络（单天线、双频2.4GHz/5GHz）和蓝牙4.0，并增加了NFC。

以上种种都表明，iPhone 6的天线设计比以往更加困难。

拆开面板可以看到，iPhone 6s的内部机身布局与iPhone 6高度相似。

因此，通过拆解分析iPhone6的天线设计，我们也可以看出iPhone 6s的天线设计思路。

对比iPhone 6和iPhone 6s的内部布局，我们来看看GeekBar的拆解。

看似一体化的金属后壳，内部填充了塑料。

它实际上分为三个部分A/BCD/E。

A和E分别是上天线和下天线。

中间的BCD部分相互连接，作为天线的接地部分。

一直被诟病的iPhone 6的分体式设计，涉及到蜂窝副天线、双频WLAN、蓝牙、GPS、NFC等功能都集中在天线的上半部分。

iPhone 6 主板上半部天线馈电口（正面） iPhone 6 上半部主板天线馈电口（正面） iPhone 6 主板上半部天线馈电口（正面）上天线包括一个用于 UAT1、UAT2 和 UAT3 的馈送 2 个用于电端口和 NFC 的端口。

UAT1为天线调谐端口，影响UAT3； UAT2为WLAN 5GHz频段天线； UAT3具有多种功能，包括WLAN 2.4GHz、蓝牙、GPS和蜂窝辅助天线。

iPhone6示意图 5GHz Wi-Fi天线馈电口（图片来自GeekBar） iPhone 6天线的下半部分涉及Cellular主天线。

手机作为通讯工具，没有网络就无法连接。

不同频段的无线网络是由不同频段的无线电波承载的。

使用一根天线接收不同频段的所有无线电波是不现实的。

因此，苹果在设计iPhone 6时，认为在保证信号质量的情况下设计一条白带是不得已的办法。

5、iPhone 7、iPhone 7 Plus iPhone 7和iPhone 7 Plus采用了新工艺，设计更加简洁，并且经过3D抛光，手感更加舒适。

整个机身呈圆形，无缝一体成型，外壳采用实心系列铝金属制成。

从背面外观来看，iPhone 7/7Plus不再采用三段式设计，仅保留了顶部和底部的白色条带，视觉分隔不再那么明显。

iPhone 6s和iPhone 7天线的白条也改为上下边缘，双条改为单条，但看起来更粗。

在 iPhone 7 和 iPhone 7 Plus 的亮黑色版本上，很难清楚地看到塑料天线线。

除了塑料本身的颜色与金属阳极的颜色相似（电泳着色）外，还因为两种材料的光泽度几乎相同。

这是塑料抛光水平的体现。

iPhone 7 亮黑版利用GeekBar对iPhone 7（2GG TLC）进行拆解分析，看看其天线部分。

拆下天线连接器。

拉开尾插线。