探索iPhone 4 的天线故障的技术分析

昨天「美 权威杂志」和「PR Expert」这两个标题开始了病毒复制般的生命。这种开头方式让人反感 — 生硬，似乎不可质疑。细看下去，「PR Expert」那少见而笃定的语气是几个公关和危机处理专家在看过「消费者报告」上一份语焉不详的评测而做出的结论，「美权威杂志」同样也是援引「消费者报告」的结论。

为什么这份测试细节不详的报告效力如此强大？即便有人称该杂志权威可靠，但是作为一篇实验室报告，没有写到测试环境、测试仪器、测量的方法和步骤，草草几段就下定结论，未免太过草率？

这篇测试中有价值的信息仅为：「弱信号下，购买来的 3 台 iPhone 4 会丢失信号，而 iPhone 3GS 和 Palm Pre 不会。」

测试者用指尖按住 iPhone 4 左侧底部的「死点」，为什么不使用正常的握持姿势测试？AnandTech 模拟了 5 种握持方法 — 正常持机、用力握紧、平摊掌心等。消费者报告的测试过程是什么样的？有像 AnandTech 一样多次测试取平均值吗？模拟基站环境下的弱信号是多少，-113dBm 附近还是其他的数值？更重要的是，用什么姿势把持对比测试用的 iPhone 3GS 和 Palm Pre？这两台测试机的天线位于机身底部，天线外是绝缘壳，因而没有「死点」，但握姿不同，同样也会影响信号接收，不妨参考 AnandTech 的对比测试（iPhone 3GS 和 Nexus One）。既然没有死点，如果测试机用的是正常握姿，为什么 iPhone 4 不使用相同的姿势？而他们完全没有提到对比用机的测试方法，所以这个结论值得怀疑。

另外 Geohot 尚未打算发布 iPhone 4 越狱软件，而且苹果已经在 iOS 4 中移除了现场测试（Field Test，即工程模式）的有关文件，那么，消费者报告是如何准确的测量 iPhone 4 的信号接收强度呢？（测试所附的视频上显示有一台 GSM 测试仪器，该仪器和 iPhone 4 之间没有连线。目前，该视频似乎已经无法访问。）期待电子工程的专家能解答这个问题。

设计没有错

不太了解事情过程的读者先看下图：

这幅图来自谷 歌趋势，横轴是时间，纵轴是搜索量指数，关键字是「iPhone 4 天线问题」。人们最早知道 iPhone 4 有信号接受的问题是在正式发售以前，一些用户提早拿到了手机，也就是在 6 月 23 日。之后，该话题的搜索量指数猛增，不过在正式发售的第二天后指数开始回跌，然后数日内维持在一个稳定的数量，并在苹果 7 月 2 日发布软件修复的官方声明后继续下跌（本站编译了约翰·格鲁伯对 此声明的解读。）。这至少可以部分地说明一件事：如果 iPhone 4 的信号问题真的有媒体说的那么严重，随着售出的 iPhone 4 越来越多，为何搜索指数一直在下降呢？

iPhone 4 有信号接收的问题，但这个问题被夸大了。

一些 iPhone 4 用户，包括本站的读者也表示，iPhone 4 的信号更好了。没有错，苹果在 iPhone 4 中使用了灵敏度更高的基带芯片。对于 UTMS（3G）设备，手机反馈的最佳信号强度是 -51dBm，在基站附近可以得到这个数字，而在失去连接之前手机所能接受的最弱信号强度是 -113Bm。在 AnandTech 的测试中，弱信号下（-113dBm）iPhone 4 的表现比 iPhone 3GS 更好。

苹果在 7 月 2 日的声明中说：

我们已经回到实验室里对于一切问题进行了反复测试，结果并无二致── iPhone 4 的无线性能是我们所有手机产品中最出色的。

苹果没有说错，了解这一点才能继续探明事情究竟错在哪里。这件事是两个问题，第一个是天线设计是否有错，第二个是苹果自己提到的信号显示算法问题。

必须分开看：天线设计没有错，这点会在下文中解释。苹果栽在信号显示算法上。通常，手机厂商均衡地划分信号指示器的强度，这很容易让用户认为，信号大小之间是线性关系。看下图：

这是 AnandTech 对 iPhone 4 的测试结果。信号格线性递增，但第五格（最高格）所代表的信号范围从最大值 -51dBm 一直延伸到 －91dBm，而最低格仅覆盖 -107dBm 至 －113dBm 的范围。苹果刻意增大了满格信号覆盖的范围，致使用户产生了「信号一直很好，但一握就立刻变差」的错觉，或这么说：持机后 iPhone 4 的信号的确下降了，但没有信号指示器变化的那么剧烈。

据测试，紧紧地握住 iPhone 4 会衰减 24dB 信号，这是最糟糕的情况。在这种情况下会有两种截然不同的结果。1、手机在基站附近，假设原始信号强度是 －60dBm，抓紧手机后衰减 24dB，信号强度剩下 -84dBm，但仍在第五格（－51dBm 到 －91dBm）的范围内，因此 iPhone 4 依旧显示满信号。2、现在换一个信号差一些的地方，假设是 －80dBm，衰减 24dB，信号强度剩下－104dBm，你会发现，iPhone 4 的信号格很快从满格降到了 2 格 — 衰减同是 24dB，但信号指示器的行为和它线性的图形特征失调。

以往 iPhone 的天线在机身底部，外部有绝缘的塑料壳，而手弓形成了让天线得以正常工作的空间，所以这种「夸张」的信号显示算法在之前的机器上表现不明显，但握紧任何手机都会衰减信号的说法，是没有错的。如果苹果一开始就不用这种算法，或者在 iOS 4 中对 iPhone 4 使用「正确」的算法，绝不会有今天这种喧嚣的场面存在。另外，iOS 取的是 10 秒平均信号，意在弱化信号骤然变化的表象，实属掩耳盗铃之举。

耍小聪明总会付出代价。而且，既然采用了更灵敏的基带芯片，何必好上加「好」？

是妥协，不是失误

AnandTech 的 iPhone 4 评测中有这么一句话：「射频是洪水猛兽。」工程师不断修正天线，增加或减少长度以接近最优的结果。它的行为古怪，所谓最优也只是相对，例如握紧 iPhone 4 居然增加了 5dB 至 10dB 的 WiFi 信号强度，超乎常人理解。

iPhone 4 的天线设计是多方妥协后的次优结果。

先从联邦通信委员会 FCC 说起，FCC 严格限制手持设备的发射功率，它使用「特殊吸收率」（SAR）一值来度量。早期的手机天线位于机身外部，后来越做越短，最终消失不见，集成到了机壳中。为了满足 FCC 的测试要求，现代手机的天线几乎都设计在底部，远离头盖骨的位置。而手的位置在头部之下，人们持机时自然握住手机底部，而非顶部。

但 FCC 的测试过程存在一个问题，它要求受测手机贴近头部，但却不考虑手持对天线的影响（它假设人手是绝缘体），AT&T 也是如此，手机需经过和 FCC 相似的测试，才准许入网，同样不考虑手持影响。因此，天线设计的要义渐渐变得为了满足测试结果，而不大考虑信号收发的效率和人手影响了。顾此而失彼，这是第一个妥协 — 苹果为满足 FCC 的要求，又不想丧失产品的特性。

第二方是 AT&T。无线通信系统由许多基站组成，测试信号强度时，需要确定手机是连接在单个基站上，还是在不同的基站间切换。基站方位、周围地形和小区呼吸都会影响到信号接收。如上文所说，信号同属满格状态，但在不同的测试地点抓紧 iPhone 4 后，有的仍为 5 格，有的降到 2 格。因此，虽然无法证明 AT&T 的影响因素有多大，但显然也无法证伪。

第三方是苹果设计团队和乔布斯。为了新设计和美感，而做出功能上的妥协。

失谐和衰减

天线工程师斯潘塞·韦布（Spencer Webb）在博客中写道，握住手机天线会产生两个截 然不同的后果：失谐和衰减。

可以这么理解失谐（Detuning）。想象一只空的红酒杯，用叉子去敲击，然后酒杯发出某个频率的响声。如果往杯子里倒入一些红酒再敲，响声的频率会发生改变，变得更高了。

这对天线来说也是一样。天线在其工作频率上共振，当人们把手放在天线上时，等于载入了大量的含盐分的电介质（Dielectric），这会降低天线的共振频率，并影响其以特定频率发射信号的能力。如果天线宽度很窄的话，甚至可能瘫痪它的工作能力。通常，称小型天线为窄带，大型天线为宽带，你可以用波长的概念来理解。因此，这就是为什么失谐是用手触碰天线后产生的首个不良后果。对所有的天线都是如此。

接着说衰减（Attenuation），或称损耗。因为人手是电介质，因此它比空气更容易聚集电场。这被称作介电常数（Dielectric Constant），人手的介电常数很高，大约是 12 或 20，依饮食和肥胖程度的不同而变化。然而手部也是导体，虽然不是良导体，但足够让你尝到电击的滋味了 :p 。

我们称这种非良导体为「损耗」。 当射频能量穿过人手或头部时，部分会转化成热量，这就是 SAR 的由来，当手握紧天线后，这种效应会减少信号射出的能量。这就是触碰天线的第二个影响。

总结，失谐减少了电路发往天线的能量（反之亦然）；衰减将射频信号转化为热量。

胶带解决不了问题

一件有趣的事情是，无论电工胶布、透明胶或其他什么「绝缘条」都解决不了按住「死点」后信号衰减的问题。仅凭此，即可证明「消费者报告」的草率和不专业，因为「消费者报告」在那篇评测的文末建议 iPhone 4 用户用胶条遮盖以缓解症状。

再次请出天线工程师斯潘塞·韦布：

在这件事情上，重要的是弄清楚我们讨论的是天线中的射频电流（RF Currents），而不是直流电（DC）。如果用一段绝缘且薄的胶带盖住 iPhone 4 的左侧黑条，将不会有明显的改善。这是因为，虽然这段胶带有效的隔阻了直流电（0 赫兹），但是高频振荡的射频信号（1GHz，即 10 亿赫兹）却能使其成为一只大号电容器。

电容器的基本构造是两片导电板中间隔着一层绝缘体。当电容量足够高的时候（导电板面积越大，或绝缘体越薄时），便形同短路。

韦布后来用朋友的 iPhone 4 做了测试，结果佐证了他的预测 — 胶条没有效果。

其他言论

科技博客作者，TowerGroup 的首席分析师鲍勃·伊根（Bob Egan）认为「消费者报告」的测试存在「固有缺陷」，「几乎不能算做科学」。

他写道： 「看过这份的报告后，我认为他们不受控制而且不科学的测试方法，和其他许多博客已经做过的测试一模一样。」

总结

iPhone 4 的硬件设计没有缺陷，是屈从各种约束的结果。握紧任何手机的天线都会受到信号衰减的影响，iPhone 4 将天线移到侧边加重了衰减程度，再加上错误的信号显示算法，放大了这个问题的严重程度。

测试显示 iPhone 4 的信号接收能力比以往的 iPhone 更强，许多用户也有相同的体会，这是因为 iPhone 4 的基带芯片更加灵敏。

现代传播有可能放大一个问题的严重程度，但只要细看「消费者报告」粗糙的评测文章，关注科技媒体的读者通常能够产生一些怀疑。比起一个笃定的结论，人们更需要了解测试过程是否科学。

别盯着在弱信号条件下的连接问题，看看 IPS 视网膜显示屏，看看 iOS 4 诸多新增特性，看看增大一倍的内存、背照式摄像头、三轴陀螺仪、更快的 GPS 定位速度、iMovie for iPhone、iBooks、Facetime、A4 处理器、容量更大的电池、音质更好的扬声器、去噪音麦克风、还有，更灵敏的基带芯片、增强型 HSDPA 提高了近 1 倍的下载速度、HSUPA 提高了 10 倍上传速度、关乎用户体验的 3G 网络延迟时间也缩短了很多。真的不可思议！

iPhone 4 是一部伟大的手机！

但请苹果先免费为每一位 iPhone 4 用户发送塑胶套。