手機天線設(shè)計淺談

1、2024/4/1,1,一、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?？梢姡炀€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SA

2、R，對于各頻段天線效率基本要求在30%以上。,2024/4/1,2,二、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:900MHz DCS:850MHz PCS:1800MHz CDMA1X:800MHz WCDMA:2100MHz,2024/4/1,3,內(nèi)置天線主要種類,PIFA antennaMonopole antennaChipset antenna,20

3、24/4/1,4,A、外置天線空間要求CDMA: 線圈尺寸Ø5.2*14mm GSM&DCS: 線圈尺寸Ø5.2*14mm GSM&DCS&PCS: 線圈尺寸Ø5.2*15mm GSM&DCS&PCS&WCDMA: 線圈尺寸Ø5.2*15mm CDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA: 線圈尺寸

4、Ø5.2*15mm,三、天線設(shè)計注意事項,2024/4/1,5,B、PIFA天線空間要求,PHS: H>6.5mm A>200mm²CDMA: H>7.0mm A>400mm²GSM&DCS: H>7.0mm A>450mm²GSM&DCS&PCS: H>7.0mm A>550mm²GSM&a

5、mp;DCS&PCS&WCDMA: H>7.5mm A>650mm²CDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA: H>8.0mm A>750mm²,2024/4/1,6,,,,,,,,,L=35~40,w=15~25,H=6~8,,Feed pin,,short pin,,,Ground,,Antenna,PIFA天線設(shè)計參考

6、,2024/4/1,7,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: Groun

7、d鏤空12mm 天線空間30*7mmCDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA: Ground鏤空12mm 天線空間30*7mm,2024/4/1,8,Monopole天線設(shè)計參考,2024/4/1,9,2024/4/1,10,手機內(nèi)置天線形式比較,2024/4/1,11,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35-5

8、0mm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PCB Ground充分連接，保證PCB的尺寸。,,2024/4/1,12,PIFA饋點的位置,,,2024/4/1,13,Monopole饋點的位置,2024/4/1,14,超薄直板手機應(yīng)用PIFA的方案,,,,,,,,,,PIFA的Ground,,,PIFA的Patch,,,饋電,,,,,接地,,PCB帶地,,,LCD,,,,電池,,,,如果receiver在

9、此空間內(nèi)部，則地上可以開出音孔,2024/4/1,15,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。,2024/4/1,16,超薄直板手機應(yīng)用單極天線的方案

10、,,,,,,,,饋電,,,,PCB帶地,,,,LCD,,,,,,,Receiver,,,,,凈空區(qū)～8mm,,,,,至少5mm,,此空間可以放沒有金屬底座的Camera sensor,2024/4/1,17,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，且一般沒有器件進入?？紤]ID設(shè)計要求出音孔不能太低，speaker或者receiver勢必要進入上述的凈空區(qū)

11、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。,2024/4/1,18,Speake

12、r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,2024/4/1,19,,Motor和Camera的影響Motor對天線性能影響很大，特別是在工

13、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。,2024/4/1,20,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

14、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。,2024/4/1,21,特殊設(shè)計的案例,Moto V3面世后，很多Design House仿照其進行設(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

15、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。,2024/4/1,22,五、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,2024/4/1,23,1、支架平面,支架平面:

16、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。,2024/4/1,24,2、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。

17、,天線彈片處的熱熔柱較重要，一般會設(shè)計直徑為1.2mm。,2024/4/1,25,3、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。,2024/4/1,26,亦可以設(shè)計

18、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。,2024/4/1,27,4、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。,2024

19、/4/1,28,六、材料,1、支架材料： 天線支架使用的材料主要有ABS 、PC 、 二者比較，ABS塑性好，PC材料的硬度高。材料會根據(jù)結(jié)構(gòu)選用，亦可根據(jù)硬件要求，做成透明，以方便觀察支架下的元器件。,2、天線材料： 一般采用鈹銅，磷青銅，硬度分為H、H/2、H/4。厚度一般采用0.2mm或0.15mm。也可用不銹鋼片和FPC,2024/4/1,29,精品課件！,2024/4/1,30,精品課件！,20