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iPhone 4 的天線故障分析
摘要: 美 權威雜志」和「PR Expert」這兩個標題開始了病毒復制般的生命。這種開頭方式讓人反感 — 生硬,似乎不可質疑。細看下去,「PR Expert」那少見而篤定的語氣是幾個公關和危機處理專家在看過「消費者報告」上一份語焉不詳的評測而做出的結論,「美權威雜志」同樣也是援引「消費者報告」的結論。
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來源:cnbeta

 

「美 權威雜志」和「PR Expert」這兩個標題開始了病毒復制" title="病毒復制">病毒復制般的生命。這種開頭方式讓人反感 — 生硬,似乎不可質疑。細看下去,「PR Expert」那少見而篤定的語氣是幾個公關和危機處理專家在看過「消費者報告」上一份語焉不詳的評測而做出的結論,「美權威雜志」同樣也是援引「消費者報告」的結論。

為什么這份測試細節不詳的報告效力如此強大?即便有人稱該雜志權威可靠,但是作為一篇實驗室報告,沒有寫到測試環境、測試儀器、測量的方法和步驟,草草幾段就下定結論,未免太過草率?

這篇測試中有價值的信息僅為:「弱信號下,購買來的 3 臺 iPhone 4 會丟失信號,而 iPhone 3GS 和 Palm Pre 不會。」

測試者用指尖按住 iPhone 4 左側底部的「死點」,為什么不使用正常的握持姿勢測試?AnandTech 模擬了 5 種握持方法 — 正常持機、用力握緊、平攤掌心等。消費者報告的測試過程是什么樣的?有像 AnandTech 一樣多次測試取平均值嗎?模擬基站環境下的弱信號是多少,-113dBm 附近還是其他的數值?更重要的是,用什么姿勢把持對比測試用的 iPhone 3GS 和 Palm Pre?這兩臺測試機的天線" title="天線">天線位于機身底部,天線外是絕緣殼,因而沒有「死點」,但握姿不同,同樣也會影響信號接收,不妨參考 AnandTech 的對比測試(iPhone 3GS 和 Nexus One)。既然沒有死點,如果測試機用的是正常握姿,為什么 iPhone 4 不使用相同的姿勢?而他們完全沒有提到對比用機的測試方法,所以這個結論值得懷疑。

另外 Geohot 尚未打算發布 iPhone 4 越獄軟件,而且蘋果已經在 iOS 4 中移除了現場測試(Field Test,即工程模式)的有關文件,那么,消費者報告是如何準確的測量 iPhone 4 的信號接收強度呢?(測試所附的視頻上顯示有一臺 GSM 測試儀器,該儀器和 iPhone 4 之間沒有連線。目前,該視頻似乎已經無法訪問。)期待電子工程的專家能解答這個問題。

設計沒有錯

不太了解事情過程的讀者先看下圖:

這幅圖來自谷 歌趨勢,橫軸是時間,縱軸是搜索量指數,關鍵字是「iPhone 4 天線問題」。人們最早知道 iPhone 4 有信號接受的問題是在正式發售以前,一些用戶提早拿到了手機,也就是在 6 月 23 日。之后,該話題的搜索量指數猛增,不過在正式發售的第二天后指數開始回跌,然后數日內維持在一個穩定的數量,并在蘋果 7 月 2 日發布軟件修復的官方聲明后繼續下跌(本站編譯了約翰·格魯伯對 此聲明的解讀。)。這至少可以部分地說明一件事:如果 iPhone 4 的信號問題真的有媒體說的那么嚴重,隨著售出的 iPhone 4 越來越多,為何搜索指數一直在下降呢?

iPhone 4 有信號接收的問題,但這個問題被夸大了。

一些 iPhone 4 用戶,包括本站的讀者也表示,iPhone 4 的信號更好了。沒有錯,蘋果在 iPhone 4 中使用了靈敏度更高的基帶芯片。對于 UTMS(3G)設備,手機反饋的最佳信號強度是 -51dBm,在基站附近可以得到這個數字,而在失去連接之前手機所能接受的最弱信號強度是 -113Bm。在 AnandTech 的測試中,弱信號下(-113dBm)iPhone 4 的表現比 iPhone 3GS 更好。

蘋果在 7 月 2 日的聲明中說:

我們已經回到實驗室里對于一切問題進行了反復測試,結果并無二致── iPhone 4 的無線性能是我們所有手機產品中最出色的。

蘋果沒有說錯,了解這一點才能繼續探明事情究竟錯在哪里。這件事是兩個問題,第一個是天線設計是否有錯,第二個是蘋果自己提到的信號顯示算法問題。

必須分開看:天線設計沒有錯,這點會在下文中解釋。蘋果栽在信號顯示算法上。通常,手機廠商均衡地劃分信號指示器的強度,這很容易讓用戶認為,信號大小之間是線性關系。看下圖:

這是 AnandTech 對 iPhone 4 的測試結果。信號格線性遞增,但第五格(最高格)所代表的信號范圍從最大值 -51dBm 一直延伸到 -91dBm,而最低格僅覆蓋 -107dBm 至 -113dBm 的范圍。蘋果刻意增大了滿格信號覆蓋的范圍,致使用戶產生了「信號一直很好,但一握就立刻變差」的錯覺,或這么說:持機后 iPhone 4 的信號的確下降了,但沒有信號指示器變化的那么劇烈。

據測試,緊緊地握住 iPhone 4 會衰減 24dB 信號,這是最糟糕的情況。在這種情況下會有兩種截然不同的結果。1、手機在基站附近,假設原始信號強度是 -60dBm,抓緊手機后衰減 24dB,信號強度剩下 -84dBm,但仍在第五格(-51dBm 到 -91dBm)的范圍內,因此 iPhone 4 依舊顯示滿信號。2、現在換一個信號差一些的地方,假設是 -80dBm,衰減 24dB,信號強度剩下-104dBm,你會發現,iPhone 4 的信號格很快從滿格降到了 2 格 — 衰減同是 24dB,但信號指示器的行為和它線性的圖形特征失調。

以往 iPhone 的天線在機身底部,外部有絕緣的塑料殼,而手弓形成了讓天線得以正常工作的空間,所以這種「夸張」的信號顯示算法在之前的機器上表現不明顯,但握緊任何手機都會衰減信號的說法,是沒有錯的。如果蘋果一開始就不用這種算法,或者在 iOS 4 中對 iPhone 4 使用「正確」的算法,絕不會有今天這種喧囂的場面存在。另外,iOS 取的是 10 秒平均信號,意在弱化信號驟然變化的表象,實屬掩耳盜鈴之舉。

耍小聰明總會付出代價。而且,既然采用了更靈敏的基帶芯片,何必好上加「好」?

是妥協,不是失誤

AnandTech 的 iPhone 4 評測中有這么一句話:「射頻是洪水猛獸。」工程師不斷修正天線,增加或減少長度以接近最優的結果。它的行為古怪,所謂最優也只是相對,例如握緊 iPhone 4 居然增加了 5dB 至 10dB 的 WiFi 信號強度,超乎常人理解。

iPhone 4 的天線設計是多方妥協后的次優結果。

先從聯邦通信委員會 FCC 說起,FCC 嚴格限制手持設備的發射功率,它使用「特殊吸收率」(SAR)一值來度量。早期的手機天線位于機身外部,后來越做越短,最終消失不見,集成到了機殼中。為了滿足 FCC 的測試要求,現代手機的天線幾乎都設計在底部,遠離頭蓋骨的位置。而手的位置在頭部之下,人們持機時自然握住手機底部,而非頂部。

但 FCC 的測試過程存在一個問題,它要求受測手機貼近頭部,但卻不考慮手持對天線的影響(它假設人手是絕緣體),AT&T 也是如此,手機需經過和 FCC 相似的測試,才準許入網,同樣不考慮手持影響。因此,天線設計的要義漸漸變得為了滿足測試結果,而不大考慮信號收發的效率和人手影響了。顧此而失彼,這是第一個妥協 — 蘋果為滿足 FCC 的要求,又不想喪失產品的特性。

第二方是 AT&T。無線通信系統由許多基站組成,測試信號強度時,需要確定手機是連接在單個基站上,還是在不同的基站間切換。基站方位、周圍地形和小區呼吸都會影響到信號接收。如上文所說,信號同屬滿格狀態,但在不同的測試地點抓緊 iPhone 4 后,有的仍為 5 格,有的降到 2 格。因此,雖然無法證明 AT&T 的影響因素有多大,但顯然也無法證偽。

第三方是蘋果設計團隊和喬布斯。為了新設計和美感,而做出功能上的妥協。

失諧和衰減

天線工程師斯潘塞·韋布(Spencer Webb)在博客中寫道,握住手機天線會產生兩個截 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,然后酒杯發出某個頻率的響聲。如果往杯子里倒入一些紅酒再敲,響聲的頻率會發生改變,變得更高了。

這對天線來說也是一樣。天線在其工作頻率上共振,當人們把手放在天線上時,等于載入了大量的含鹽分的電介質(Dielectric),這會降低天線的共振頻率,并影響其以特定頻率發射信號的能力。如果天線寬度很窄的話,甚至可能癱瘓它的工作能力。通常,稱小型天線為窄帶,大型天線為寬帶,你可以用波長的概念來理解。因此,這就是為什么失諧是用手觸碰天線后產生的首個不良后果。對所有的天線都是如此。

接著說衰減(Attenuation),或稱損耗。因為人手是電介質,因此它比空氣更容易聚集電場。這被稱作介電常數(Dielectric Constant),人手的介電常數很高,大約是 12 或 20,依飲食和肥胖程度的不同而變化。然而手部也是導體,雖然不是良導體,但足夠讓你嘗到電擊的滋味了 :p 。

我們稱這種非良導體為「損耗」。 當射頻能量穿過人手或頭部時,部分會轉化成熱量,這就是 SAR 的由來,當手握緊天線后,這種效應會減少信號射出的能量。這就是觸碰天線的第二個影響。

總結,失諧減少了電路發往天線的能量(反之亦然);衰減將射頻信號轉化為熱量。

膠帶解決不了問題

一件有趣的事情是,無論電工膠布、透明膠或其他什么「絕緣條」都解決不了按住「死點」后信號衰減的問題。僅憑此,即可證明「消費者報告」的草率和不專業,因為「消費者報告」在那篇評測的文末建議 iPhone 4 用戶用膠條遮蓋以緩解癥狀。

再次請出天線工程師斯潘塞·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 的左側黑條,將不會有明顯的改善。這是因為,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(1GHz,即 10 億赫茲)卻能使其成為一只大號電容器。

電容器的基本構造是兩片導電板中間隔著一層絕緣體。當電容量足夠高的時候(導電板面積越大,或絕緣體越薄時),便形同短路。

韋布后來用朋友的 iPhone 4 做了測試,結果佐證了他的預測 — 膠條沒有效果。

其他言論

科技博客作者,TowerGroup 的首席分析師鮑勃·伊根(Bob Egan)認為「消費者報告」的測試存在「固有缺陷」,「幾乎不能算做科學」。

他寫道: 「看過這份的報告后,我認為他們不受控制而且不科學的測試方法,和其他許多博客已經做過的測試一模一樣。」

總結

iPhone 4 的硬件設計沒有缺陷,是屈從各種約束的結果。握緊任何手機的天線都會受到信號衰減的影響,iPhone 4 將天線移到側邊加重了衰減程度,再加上錯誤的信號顯示算法,放大了這個問題的嚴重程度。

測試顯示 iPhone 4 的信號接收能力比以往的 iPhone 更強,許多用戶也有相同的體會,這是因為 iPhone 4 的基帶芯片更加靈敏。

現代傳播有可能放大一個問題的嚴重程度,但只要細看「消費者報告」粗糙的評測文章,關注科技媒體的讀者通常能夠產生一些懷疑。比起一個篤定的結論,人們更需要了解測試過程是否科學。

別盯著在弱信號條件下的連接問題,看看 IPS 視網膜顯示屏,看看 iOS 4 諸多新增特性,看看增大一倍的內存、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、音質更好的揚聲器、去噪音麥克風、還有,更靈敏的基帶芯片、增強型 HSDPA 提高了近 1 倍的下載速度、HSUPA 提高了 10 倍上傳速度、關乎用戶體驗的 3G 網絡延遲時間也縮短了很多。真的不可思議!

iPhone 4 是一部偉大的手機!

但請蘋果先免費為每一位 iPhone 4 用戶發送塑膠套。

此內容為AET網站原創,未經授權禁止轉載。
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