手机天线基础知识.ppt
手机内置式天线设计,天线基本概念,Return Loss（回波损耗S11）,天线原理,Directionality（方向性系数） 天线辐射方向性参数。天线据此可分全向（omni-directional）和定向（directional）。 Gain（增益） 天线增益定义为规定方向的天线辐射强度和参考天线之比。 Efficiency（效率） GainDirectionality Efficiency EfficiencyOutput Power/Input Power,天线原理,Polarization（极化） 天线远场处电矢量轨迹。分线极化、圆极化、椭圆极化。 一般手机外置（stubby）天线在H面接近线极化，PIFA和Monopole极化复杂。 基站入射波为线极化，方向与地面垂直。 XY平面为H面，YZ面E1面，XZ面E2面。,基站,X,Y,Z,天线原理,一个理论上的各向同性（Isotropic）天线有全立体角相等的方向分布。 该天线可作为其它天线的参照。,天线原理偶极天线,偶极天线方向图侧视 看来Isotropic方向图垂直方向收到“挤压”，水平方向则扩大了覆盖范围。 增益越高，垂直方向波束越窄，水平方向覆盖面积越大。,全向和定向,右上图为一高增益全向天线。垂直方向波束窄，阴影为天线不能覆盖范围。水平方向则覆盖面积很大。 右下图显示方向图被“挤压”向一个方向，辐射能量在一定角度分布较大。而背面能量分布少。,EIRP（ Effective Isotropic Radiated Power ） EIRP = transmitter power + antenna gain cable loss,内置天线分类,PIFA Planar Inverted F Antenna Internal Planar Monopole 内置平面单极天线 Internal Helix 内置螺旋天线,手机结构 vs PIFA天线（直板机）（一）,典型PIFA形式,GSM/DCS(/PCS) 位于手机顶部 面向Z轴正向，与电池同侧。,手机结构 vs PIFA天线（直板机）（二）,L=3540,w=1525,H=68,Feed pin,short pin,Ground,Antenna,手机结构 vs PIFA天线（直板机）（三）,PIFA最重要的三个参数 W，L，H，其中H和天线谐振频率的带宽密切相关。W、L决定天线最低频率。 手机PCB的尺寸对PIFA有很大影响 Shielding Case对天线的影响 手机电池芯对PIFA影响强烈。,PIFA需要的空间和其它条件,PIFA需要的空间大小视乎频段和射频性能的需求。 双频（GSM/DCS）：600 78mm 三频（GSM/DCS/PCS）：700 78mm 满足以上需求则GSM频段一般可能达10dBi，DCS/PCS则01dBi。 天线正下方一般避免安放器件，尤其是Speaker和Vibrator 电池尽量远离天线。一般至少5mm以上。 天线同侧后盖上不用导电漆喷涂，谨慎使用电镀装饰。,天线馈点和接地的摆放（红色为馈点，蓝色为接地）,手机结构 vs PIFA天线（翻盖或滑盖）（一）,翻盖手机合盖状态，天线表现与直板机无异。 开盖状态，上下盖PCB都为地，天线由在地顶端变为处于地中央。,手机结构 vs PIFA天线（翻盖或滑盖）（二）,右二图为合、开两种状态下天线S11参数的Smith圆图。右上图为合盖，右下为开盖。 由右图可见两种状态下天线工作状态发生较大变化。通常低频谐振降低。,以上二图分别为直板（左）、翻盖（右）1GHz时的增益方向图。 由于翻盖打开，增益比直板状态增大了。直板状态全向性好，翻盖状态则背向增益变小。,PIFA的局限,PIFA脱胎于带短路微带天线，有带宽窄的先天缺点。 PIFA增益偏低。 结构单调，不易与当今灵活多变的手机结构相适应。 面对3G和多模手机的要求，一个手机的天线（组）必须同时面对900（800）MHz、1700MHz2200MHz如此宽广电磁波谱的要求。PIFA显得力不从心。,内置平面Monopole出现的现实意义,多模手机对多频段天线的要求 Monopole的大带宽和高增益，足以应付3G时代跨越2GHz的几百兆带宽需求。 内置平面Monopole结构灵活，易于与当今多变的手机结构相配合,天线低频部分,天线高频部分,PCB,Feed Strip,塑胶支架 38X6X4,从右图可见 该种monopole保持了低频（1GHz）工作频带。 高频则可有着与中心频率比值20%以上、宽达几百兆工作带宽。,右图为该天线模型在1.8GHz频率下的增益方向图。 最大增益4dBi。 全向性可控制,内置Planar Monopole vs 手机结构设计,内置Planar Monopole天线可以比同样工作频率的PIFA小。 Monopole必须悬空，平面结构下不能有PCB的Ground。 Monopole只需要一个Feed Point和PCB上的Pad相连。,内置天线结构种类,Stamping Stamping热熔到Housing内侧，Stamping伸出spring与手机PCB连接 Stamping + Support Stamping热熔到Support上，连接用spring Stamping + Support + Pogo pin (正、反) Stamping热熔到Support上，连接用Pogo Pin。 正向使用Pogo Pin一般适合于带support的结构，反向使用都可以。,天线,Pogo Pin,PCB,天线,Pogo Pin,PCB,正向使用Pogo Pin的,反向使用Pogo Pin的,FPC FPC + Support + FPC连接器 FPC + Support + Pogo pin (正、反) Housing表面电镀,内置Helix,类似外置Helix内藏于手机壳内 金属线Helix嵌入塑料内模，轴线平行于PCB平面，竖直装载于PCB顶端。 金属线Helix嵌入塑料内模，轴线平行于PCB平面，平行装载于PCB顶端。 以上实际RF效果均不够理想。一般辐射效率在20%。 优点在于可以利用以往的外置天线手机主板设计，稍加修改快速设计出一款内置天线手机。,
