手機天線設(shè)計淺談2023/4/211第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六一、天線功能無線電發(fā)射機輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點后，由天線接下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機?？梢?，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個重要的無線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無線電通信。手機不間斷地與基站聯(lián)系，依靠天線接受和發(fā)射天磁波，天線釋放出的電磁輻射功率約440微瓦/平方厘米，天線的設(shè)計在結(jié)構(gòu)上需要考慮天線的效率和SAR，對于各頻段天線效率基本要求在30%以上。2023/4/212第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六二、天線的類型一、按外觀分類：外置天線和內(nèi)置天線二、按手機通訊制式分為：GSM:900MHzDCS:850MHzPCS:1800MHzCDMA1X:800MHzWCDMA:2100MHz2023/4/213第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六內(nèi)置天線主要種類PIFAantennaMonopoleantennaChipsetantenna2023/4/214第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六A、外置天線空間要求CDMA:線圈尺寸?5.2*14mm

GSM&DCS:線圈尺寸?5.2*14mm

GSM&DCS&PCS:線圈尺寸?5.2*15mm

GSM&DCS&PCS&WCDMA:線圈尺寸?5.2*15mm

CDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA:線圈尺寸?5.2*15mm三、天線設(shè)計注意事項2023/4/215第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六B、PIFA天線空間要求PHS:H>6.5mmA>200mm2CDMA:H>7.0mmA>400mm2GSM&DCS:H>7.0mmA>450mm2GSM&DCS&PCS:H>7.0mmA>550mm2GSM&DCS&PCS&WCDMA:H>7.5mmA>650mm2CDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA:H>8.0mmA>750mm22023/4/216第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六L=35~40w=15~25H=6~8FeedpinshortpinGroundAntennaPIFA天線設(shè)計參考2023/4/217第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六C、Monopole天線空間要求PHS:Ground鏤空5mm天線空間20*3mm

CDMA:Ground鏤空5mm天線空間30*5mm

GSM&DCS:Ground鏤空7mm天線空間30*7mm

GSM&DCS&PCS:Ground鏤空8mm天線空間30*7mmGSM&DCS&PCS&WCDMA:

Ground鏤空12mm天線空間30*7mmCDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA:Ground鏤空12mm天線空間30*7mm2023/4/218第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六Monopole天線設(shè)計參考2023/4/219第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六2023/4/2110第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六手機內(nèi)置天線形式比較2023/4/2111第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六主板設(shè)計(主要是內(nèi)置天線)手機PCB的尺寸對天線影響很大，(直板機)一般要求長在90-120mm左右，寬在35-50mm左右。某些超薄機出于設(shè)計考慮，尺寸很短，建議在電池下面鋪金屬板，與PCBGround充分連接，保證PCB的尺寸。2023/4/2112第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六PIFA饋點的位置2023/4/2113第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六Monopole饋點的位置2023/4/2114第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六超薄直板手機應(yīng)用PIFA的方案PIFA的GroundPIFA的Patch饋電接地PCB帶地LCD電池如果receiver在此空間內(nèi)部，則地上可以開出音孔2023/4/2115第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六超薄直板手機應(yīng)用PIFA的方案把PCB在天線區(qū)域截斷，用一塊良好接地的金屬片緊貼手機Top面，使得PIFA的地降低；PIFA的patch則貼近Bottom面，這樣可以充分利用手機內(nèi)部的厚度。PIFA的高度要求還是不難滿足的。此種方案的缺點在于LCD的位置偏低，如果ID設(shè)計的賣點是大LCD且位置偏高，則不適合這種設(shè)計。2023/4/2116第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六超薄直板手機應(yīng)用單極天線的方案饋電PCB帶地LCDReceiver凈空區(qū)～8mm至少5mm此空間可以放沒有金屬底座的Camerasensor2023/4/2117第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六超薄直板手機應(yīng)用單極天線的方案采用單極天線方案的要點是有一塊凈空區(qū)域在板的端部，凈空區(qū)域一般寬8mm。該區(qū)域沒有地，且一般沒有器件進(jìn)入?？紤]ID設(shè)計要求出音孔不能太低，speaker或者receiver勢必要進(jìn)入上述的凈空區(qū)域。折中的設(shè)計是不可避免的。問題在于尋求一個兩方面都可接受的平衡點。根據(jù)我們的實驗判斷認(rèn)為，磁聲器件在單極天線的凈空區(qū)域內(nèi)，在手機厚度方向拉遠(yuǎn)器件和天線的垂直距離沒有明顯的好處且增加手機厚度；而沿手機主板長度方向移動器件是有巨大作用的，2mm的距離足以增加1dBi的增益。此種結(jié)構(gòu)布局LCD可以放得較高，ID設(shè)計都比較符合時尚，但單極天線的性能可能由于較少的凈空區(qū)，其它器件的影響，會大幅度的降低。2023/4/2118第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六Speaker和Receiver的影響Speaker和Receiver中間是一個線圈，長度約在40-50mm左右，加上不同長度的信號線可在不同的頻段產(chǎn)生諧振，降低天線性能。Speaker和Receiver本身的高頻音頻信號會在低頻段產(chǎn)生干擾。一般在兩根信號線上各串聯(lián)一個100nH電感，可有效消除其影響。100nH四、金屬器件對天線的影響2023/4/2119第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六Motor和Camera的影響Motor對天線性能影響很大，特別是在工作狀態(tài)(震動)下。因此一般要求其距離天線饋點在10mm以上，同時為了提高天線效率等，天線在Motor上方周圍區(qū)域盡量不布線。Camera正常情況下影響很小，但有時Flash的引線FPC過長，會干擾到天線，故FPC長度越短越好。2023/4/2120第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六裝飾件的影響機殼周框（上蓋和下殼）和天線附近經(jīng)常會有金屬裝飾件或電鍍裝飾件，如果它們的尺寸和工作頻段波長成比例，會對天線產(chǎn)生極大干擾。圖一周框電鍍層使功率和靈敏度下降3dB，故在兩肩部分截斷。圖二為Camera周圍的裝飾件，尺寸較大，靈敏度下降了5dB，后整體尺寸減小一圈后影響消失。電鍍截斷，改善性能整體尺寸減小一圈后，干擾消失。2023/4/2121第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六特殊設(shè)計的案例MotoV3面世后，很多DesignHouse仿照其進(jìn)行設(shè)計，出來的結(jié)果GSM功率很差，不是其機板設(shè)計問題，而是出在Ground的延伸上。類似手機天線都位于下端，打開狀態(tài)時，上板和下板連接起來長度太長，約160mm，影響了GSM頻段的輻射。研究V3手機可以發(fā)現(xiàn)，即使連接前后板的FPC斷開，兩者的Ground也是連通的，整個金屬外殼和板子的Ground是一體的，這樣電流回流實際上就縮短了板子實際尺寸，保證了GSM頻段的性能。類似手機設(shè)計時，不僅要保證FPC連接前后板，還要在板子另一側(cè)把Ground也連通。2023/4/2122第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六五、天線支架結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項1、支架平面2、熱熔柱3、支架固定4、天線彈片2023/4/2123第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六1、支架平面支架平面:盡量是完整的平面或連續(xù)的曲面。曲面上的天線需隨曲面弧度進(jìn)行折彎，容易出現(xiàn)天線與支架間不貼和，有縫隙。若貼和不穩(wěn)定會影響天線性能，也容易與外殼有干涉。2023/4/2124第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六2、熱熔柱熱熔柱的作用：將天線定位以及天線與支架的固定。在支架設(shè)計時需要預(yù)留出來天線的高度及熱熔柱熱熔后的高度。天線厚0.2mm，根據(jù)經(jīng)驗，通常要求熱熔柱熱熔后與天線的距離保持在0.3mm。即，需要預(yù)留出至少0.5mm的高度，以避免與殼體有干涉。天線彈片處的熱熔柱較重要，一般會設(shè)計直徑為1.2mm。2023/4/2125第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六3、支架固定熱熔柱的作用：將天線定位以及天線與支架的固定。在支架設(shè)計時需要預(yù)留出來天線的高度及熱熔柱熱熔后的高度。天線厚0.2mm，根據(jù)經(jīng)驗，通常要求熱熔柱熱熔后與天線的距離保持在0.3mm。即，需要預(yù)留出至少0.5mm的高度，以避免與殼體有干涉。天線彈片處的熱熔柱較重要，一般會設(shè)計直徑為1.2mm。2023/4/2126第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六亦可以設(shè)計用鏍釘固定支架與PCB板，但鏍釘是金屬件，會對天線有一定影響。支架與殼體固定，存在著雙重定位，即支架與PCB的定位，支架與殼體的定位。需要定位準(zhǔn)確以保證天線彈片與饋點的良好接觸。2023/4/2127第27頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六4、天線彈片饋點位置需RF工程師與硬件工程師討論確定，PAD尺寸至少保證在3×3mm，PAD間距保持在1.5mm以上。支架結(jié)構(gòu)設(shè)計也需考慮到PAD位置，天線和PAD需要合適的距離，以保證天線和PAD的良好接觸。2023/4/2128第28頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六六、材料1、支架材料：天