手機(jī)天線設(shè)計(jì)淺談

1、2024/4/1,1,一、天線功能,無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)功率，通過(guò)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(diǎn)后，由天線接下來(lái)（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過(guò)饋線送到無(wú)線電接收機(jī)?？梢?jiàn)，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個(gè)重要的無(wú)線電設(shè)備，沒(méi)有天線也就沒(méi)有無(wú)線電通信。手機(jī)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(jì)在結(jié)構(gòu)上需要考慮天線的效率和SA

2、R，對(duì)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(lèi)型,一、按外觀分類(lèi)：外置天線和內(nèi)置天線二、按手機(jī)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(lèi),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(jì)注意事項(xiàng),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(jì)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(jì)參考,2024/4/1,9,2024/4/1,10,手機(jī)內(nèi)置天線形式比較,2024/4/1,11,主板設(shè)計(jì)(主要是內(nèi)置天線),手機(jī)PCB的尺寸對(duì)天線影響很大，(直板機(jī))一般要求長(zhǎng)在90-120mm左右，寬在35-5

8、0mm左右。某些超薄機(jī)出于設(shè)計(jì)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(diǎn)的位置,,,2024/4/1,13,Monopole饋點(diǎn)的位置,2024/4/1,14,超薄直板手機(jī)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(kāi)出音孔,2024/4/1,15,超薄直板手機(jī)應(yīng)用PIFA的方案,,,,把PCB在天線區(qū)域截?cái)?，用一塊良好接地的金屬片緊貼手機(jī)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(jī)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(diǎn)在于LCD的位置偏低，如果ID設(shè)計(jì)的賣(mài)點(diǎn)是大LCD且位置偏高，則不適合這種設(shè)計(jì)。,2024/4/1,16,超薄直板手機(jī)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(méi)有金屬底座的Camera sensor,2024/4/1,17,超薄直板手機(jī)應(yīng)用單極天線的方案,,采用單極天線方案的要點(diǎn)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(méi)有地，且一般沒(méi)有器件進(jìn)入?？紤]ID設(shè)計(jì)要求出音孔不能太低，speaker或者receiver勢(shì)必要進(jìn)入上述的凈空區(qū)

11、域。折中的設(shè)計(jì)是不可避免的。問(wèn)題在于尋求一個(gè)兩方面都可接受的平衡點(diǎn)。根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)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(jī)厚度方向拉遠(yuǎn)器件和天線的垂直距離沒(méi)有明顯的好處且增加手機(jī)厚度；而沿手機(jī)主板長(zhǎng)度方向移動(dòng)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(jì)都比較符合時(shí)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(huì)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(gè)線圈，長(zhǎng)度約在40-50mm左右，加上不同長(zhǎng)度的信號(hào)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(hào)會(huì)在低頻段產(chǎn)生干擾。一般在兩根信號(hào)線上各串聯(lián)一個(gè)100nH電感，可有效消除其影響。,,,100nH,四、金屬器件對(duì)天線的影響,2024/4/1,19,,Motor和Camera的影響Motor對(duì)天線性能影響很大，特別是在工

13、作狀態(tài)(震動(dòng))下。因此一般要求其距離天線饋點(diǎn)在10mm以上，同時(shí)為了提高天線效率等，天線在Motor上方周?chē)鷧^(qū)域盡量不布線。Camera正常情況下影響很小，但有時(shí)Flash的引線FPC過(guò)長(zhǎng)，會(huì)干擾到天線，故FPC長(zhǎng)度越短越好。,2024/4/1,20,裝飾件的影響,機(jī)殼周框（上蓋和下殼）和天線附近經(jīng)常會(huì)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(zhǎng)成比例，會(huì)對(duì)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?cái)唷D二為Camera周?chē)难b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?cái)啵纳菩阅?,,,整體尺寸減小一圈后，干擾消失。,2024/4/1,21,特殊設(shè)計(jì)的案例,Moto V3面世后，很多Design House仿照其進(jìn)行設(shè)計(jì)，出來(lái)的結(jié)果GSM功率很差，不是其機(jī)板設(shè)計(jì)問(wèn)題，而是出在Ground的延伸上。類(lèi)似手機(jī)天線都位于下端，打開(kāi)狀態(tài)時(shí)，上板和下板連接起來(lái)長(zhǎng)度太長(zhǎng)，約160mm，影響了GSM

15、頻段的輻射。研究V3手機(jī)可以發(fā)現(xiàn)，即使連接前后板的FPC斷開(kāi)，兩者的Ground也是連通的，整個(gè)金屬外殼和板子的Ground是一體的，這樣電流回流實(shí)際上就縮短了板子實(shí)際尺寸，保證了GSM 頻段的性能。類(lèi)似手機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，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(jì)注意事項(xiàng),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(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(huì)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(jì)時(shí)需要預(yù)留出來(lái)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(yàn)，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(huì)設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)需要預(yù)留出來(lái)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(yàn)，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(huì)設(shè)計(jì)直徑為1.2mm。,2024/4/1,26,亦可以設(shè)計(jì)

18、用鏍釘固定支架與PCB板，但鏍釘是金屬件，會(huì)對(duì)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(diǎn)的良好接觸。,2024/4/1,27,4、天線彈片,饋點(diǎn)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(jì)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(huì)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