新手入行手机天线学习

1、1.手机天线基本知识1.1 移动通信对手机天线的要求天线最主要的功能在于转换两种不同传播介质中的电磁波能量。在能量转换的过程中，会出现收发信机与天线及天线与传播介质之间的不连续接口。在无线通讯系统中，天线必须依照这两个接口的特性来做适当的设计，以使得收发信机、天线以及传播介质之间形成一个连续的能量传输路径。移动通信手机对天线的要求：a.外在要求：天线尺寸小，重量轻，剖面低，携带方便，机械强度好b.电性能要求：水平面要求有全向辐射方向图，频带宽，效率高，增益高，受周围环境影响小，对人体辐射伤害小1.2 手机天线的分类和性能对比1.2.1 分类传统的手机天线可以根据天线所处的位置分为外置天线和内置

2、天线两大类。手机天线按传统的天线单元形式可分为：a.外置天线：单极天线、螺旋天线、PCB印制螺旋天线b.内置天线：微带贴片天线、缝隙天线、IFA天线和倒L天线、PIFA、陶瓷天线1.2.2 外置天线的情况外置天线的的优点是频带范围宽、接收信号比较稳定、制造简单费用相对低；缺点是天线暴露于机体外易于损坏、天线靠近人体时导致性能变坏、不易加诸如反射层和保护层等来减小天线对人体的辐射伤害、同时对于FDD的系统，接收和发送必须使用不同的匹配电路。传统的外置天线一般为单极天线，虽然制作简单，但是尺寸较大，不便于携带。一般采用螺旋天线来降低天线的尺寸（法向螺旋），另外现在也开始使用印制在PCB的螺旋天线来

3、得到更小尺寸与各种形状的外置天线。图1 PCB板螺旋天线图2 螺旋天线这种天线还有许多种变形形式，能够实现多频、宽带的要求，有很强的灵活性，因此在外置天线中，此类天线的应用越来越广。拉杆天线：一般是采用一节1/4波长螺旋和一节1/2波长螺旋构成，需要介质棒去耦，用来实现手机的高增益，在手持情况下，其增益可增加6dB以上。另外还有一种所谓的介质天线，中长介质天线是一种漏波天线，其辐射特性为端射，而此处的介质天线可能是类似单极天线的天线，其通过介质谐振器的原理工作来辐射信号，可以使天线的体积大大减小，如果如此，此天线的Q值高，带宽窄，宽带与多频均不易实现，应不会有多少应用。下面是其基本介绍：介质振

4、荡器天线由高介电常数、低损耗的材料制成，其好处是：尺寸小，带宽可在110内可调，无导体损耗，天线效率高，可产生多种模式，低次模带宽好一些，高次模增益大。如果介质振荡器的尺寸足够小，也是可以内置于手机中的。图3 介质振荡天线综述：单极天线由于其要求的长度长，一般不使用。拉杆天线虽然有效增益高，电性能较好，但其结构复杂，同时需要使用记忆金属作材料，因此价格较贵，除北美等少数地方外，应用较少，我们不考虑使用。螺旋天线以其良好的辐射特性、小体积、频带扩展容易实现的特性成为外置天线的的主流，但其体积还是较大，同时形状固定，不适合手机造形设计等特殊要求。PCB形式的螺旋天线比普通螺旋天线的体积更小，天线形

5、状是扁平特性的，同时此类天线的设计具有较强的灵活性，应用渐多。在外置天线的应用中螺旋天线还是第一选择，其次是PCB形式的螺旋天线。1.2.3 内置天线的情况内置天线的特点：可以做得非常小，不易损坏；可以将其安放在手机中远离人脑的一面，而在靠近人脑的部分贴上反射层、保护层来减小天线对人体的辐射伤害。可以安装多个，很方便组阵，从而实现手机天线的智能化，这一点对未来的移动通信系统来说非常有用。 内置天线的形式特别多，包括微带贴片天线、缝隙天线、IFA天线和倒L天线、PIFA、陶瓷天线等等。 PIFA是现在使用得最多的一种内置天线，其由倒F线天线演变而来，具有体积小，增益高，剖面低，带宽相对较宽的特点

6、，是在手机天线中使用得最多的天线。陶瓷天线是一种特别小型化的天线。陶瓷天线的种类可分为块状陶瓷天线与多层陶瓷天线，前者是使用高)将整块陶瓷体一次烧结完成后再将天线的金属部份印在陶瓷块的表面上；后者则采用低温共烧（LTTC）的方式将多层陶瓷迭压对位后再低温烧结，所以天线的金属导体可以依设计需要印在每一层陶瓷介质层上，故可有效缩小天线所需尺寸，并能达到隐藏天线设计布局的目的。 图4 用于蓝牙的陶瓷天线 一般地，陶瓷天线只在要求天线尺寸极度小的情况下使用，现在在蓝牙设备中有应用。其增益低，效率低，频带窄，而且成本高，在手机中使用还需假以时日。1.24内置天线与外置天线电特性与成本比较一般情况，外置天

7、线的驻波比可以做到2，增益可以做到0-1dBi。对于内置天线，驻波也可以做到3之内，增益了可做到0-1dBi。在手机天线中，天线增益并不重要，其平均有效增益才重要，基本的结论，外置天线的平均有效增益比一般的内置天线大2dB左右。内置天线的效率是达不到外置天线的水平的。手机天线选择时不能被PEAK GAIN有欺骗，实际的平均有效增益小于此值，同时与手机设计息息相关。外置天线手机天线价格为2.54元左右。而且内置天线比较贵，大概从320元都有。 1.2.5 综合根据上述的介绍，天线的分类和性能比较如下： 天线类型外置天线内置天线单极子天线螺旋天线PCB形式的螺旋天线PIFA天线贴片天线缝隙天线陶瓷

8、天线价格比较拉杆天线价格比较贵。价格便宜价格便宜价格便宜很少用很少用价格便宜电性能比较外置天线的驻波比可以做到2，增益可以做到0-1dBi。内置天线，驻波比就比较差了。一般在6左右。增益了可做到0-1dBi。电性能一般，主要是平均效率比较差。用途说平目前，手机上外置天线，螺旋天线是主流，主要的原因是可以降低天线的尺寸。而柔性PCB的螺旋天线是将来的发展方向。手机上的内置天线，PIFA是现在使用得最多的一种内置天线。主要是体积小，增益高，带宽比较宽。一般用在BT，wlan和GPS上。在PHS上也有应用。1.3 手机天线的指标意义 天 线 增 益 ：某一方向的天线增益是指该方向上的功率通量密度和理

9、想点 源或半波振子在最大 辐射方向上的功率通量密度之比。 增益与天线方向图的关系：方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 垂 直 极 化 ：常以大地作为标准面。凡是极化面与大地法线面平行的极化波称为垂直极化波。 其电场方向与大地垂直。 如果天线采用垂直极化，那我们希望的结果是水平波束宽度最小。下图是一个天线的理想极化图（立体图、垂直面图、水平面图）Monopole的设计与PIFA天线设计流程是相同的，测试标准也是同等对待。1.Monopole 即单极天线说明：PF天线和单极天线包含的常用种类分为两种1>弹片式 2>贴片式(FPC)2.PIFA 即PF天线或者倒F天线(Plane

10、60; Figure Antenna)PIFA与Monopole的优劣1.PIFA皮法天线如按要求设计环境结构，电性能相称优越，包括SAR指标，是内置天线首选方案。2.Monopole天线投影区域不能有铺地，或无PCB，同时也不要安排马达、SPEAKER、RECEIVER等较大金属结构的元件。由于单极天线的电性能对金属特别敏感，甚至无法实现。 综合来说PIFA天线对环境要求不太高，比较容易实现，性能也能达到一般要求，所以大多手机（山寨）都首选这种天线。常用匹配等效电路PIFA天线等效图如上，由L2与C1构成一个偏向电容性的谐振，之后与L1电感谐振，就是通过L1，L2，C1把传输线过来的能量升压

11、到C1上，之后利用C1这个场空间把电磁场能量释放出去，所以对C1来说，必需要求天线跟地之间有一定的高度，一般不小于7mm，最少不低于5mm。为了提高天线频带，再引入一个C2再引入地，同时在天线周围多设接地点。这样让电场有更广泛的辐射。N90天线就是利用多个接地点来提高带宽的。6.3.4 匹配概念 什么叫匹配？简单地说，馈线终端所接负载阻抗L 等于馈线特性阻抗0 时，称为馈线终端是匹配连接的。匹配时，馈线上只存在传向终端负载的入射波，而没有由终端负载产生的反射波，因此，当天线作为终端负载时，匹配能保证天线取得全部信号功率。如下图所示，当天线阻抗为 50 欧时，与50 欧的电缆是匹配的，而当天线阻

12、抗为 80 欧时，与50 欧的电缆是不匹配的。 如果天线振子直径较粗，天线输入阻抗随频率的变化较小，容易和馈线保持匹配，这时天线的 工作频率范围就较宽。反之，则较窄。 在实际工作中，天线的输入阻抗还会受到周围物体的影响。为了使馈线与天线良好匹配，在架设天线时还需要通过测量，适当地调整天线的局部结构，或加装匹配装置。 FTA测试FTA测试全称是全面型号认证（FULL TYPE APPROVAL）。所有的移动电话生产企业为了使自己生产的手机能进入市场，都必须取得国际移动设备标识（该标识在全球范围内是唯一的），即IMEI(INTERNATIONAL MOBILE EQUIPMENT IDENTIFI

13、ER)。而没有IMEI的手机在GSM网络中将无法使用。IMEI 是由GSM MOU(即GSM联盟，包括GSM的运营商和GSM手机的生厂商)组织授权的中立的发证机构（NOTIFY BODY）根据FTA 认证实验室的测试报告发放。要取得IMEI号，则必须通过FTA认证实验室的认证测试。目前，只有欧洲和美国设有FTA认证实验室。今年四月以后，FTA认证实验室的范围将扩大，中国也将会设立。 FTA测试的目的是检验手机是否符合GSM标准的要求。其内容分为软件测试、硬件测试和电磁兼容测试，测试项目共有三百多项。测试的主要的内容有：1. 硬件 1.1 接收1.1.1 参考灵敏度1.1.2 动态范围1.1.3

14、 邻道抑制1.1.4 阻塞响应1.1.6 互调抑制1.1.7 AGC(自动功率控制)电平报告1.2 发射1.2.1 发射功率与曲线1.2.2 相位误差1.2.3 频率误差1.2.4 调制频率1.2.5 开关频率1.3 音频基带2. 软件2.1 RR（无线资源管理）测试2.1.1 初次化规程2.1.2 寻呼规程 2.1.3 切换规程2.1.4 呼叫重建2.2 MM(移动性管理)测试2.2.1 鉴权2.2.2 加密2.2.3 位置更新2.3 CM（通讯管理）测试2.3.1 呼叫控制2.3.2 呼叫业务管理2.3.3 短信息3. 电磁兼容测试通过FTA测试的手机就被认为达到了GSM协议的要求，具有了

15、能够进行实际应用的能力，可以作为商品生产了。同时，对生产厂商来说，也证明了自身的研发能力达到一定的水平。因此，FTA测试对手机生产商是一件有重要意义的工作。2 OTA测试1. OTA 测试介绍1.1 手机的无源测试和有源测试当前在手机射频性能测试中越来越关注整机辐射性能的测试，这种辐射性能反映了手机的最终发射和接收性能。目前主要有两种方法对手机的辐射性能进行考察：一种是从天线的辐射性能进行判定，是目前较为传统的天线测试方法，称为无源测试；另一种是在特定微波暗室内，测试手机的辐射功率和接收灵敏度，称为有源测试。OTA(Over The Air)测试就属于有源测试。无源测试侧重从手机天线的增益、效

16、率、方向图等天线的辐射参数方面考察手机的辐射性能。无源测试虽然考虑了整机环境(比如天线周围器件、开盖和闭盖)对天线性能的影响，但天线与整机配合之后最终的辐射发射功率和接收灵敏度如何，从无源测试数据无法直接得知，测试数据不是很直观。有源测试则侧重从手机整机的发射功率和接收灵敏度方面考察手机的辐射性能。有源测试是在特定的微波暗室中测试整机在三维空间各个方向的发射功率和接收灵敏度，更能直接地反映手机整机的辐射性能。CTIA(Cellular Telecommunication and Internet Association)制定了OTA(Over The Air)的相关标准。OTA 测试着重进行整

17、机辐射性能方面的测试，并逐渐成为手机厂商重视和认可的测试项目。1.2 OTA 测试的目的目前只有通过FTA(Full Type Approval)认证测试的手机型号才能上市销售，在FTA 测试中，射频性能测试主要进行手机在电缆连接模式下的射频性能测试；至于手机整机的辐射发射和接收性能，在FTA 测试中没有明确的规定,而OTA 测试正好弥补FTA 测试在这方面测试的不足。同时，终端生产厂家必须对所生产手机的辐射性能有清楚的了解，并通过各种措施提高手机辐射的发射和接收指标。如果手机辐射性能不好，将产生手机信号不好、语音通话质量差、容易掉线等多方面的问题，这也是客户投诉比较多的问题。在手机通话时，由

18、于人脑靠近手机天线，将降低手机的发射和接收性能，手机整机辐射的发射和接收性能都会降低。在手机研发过程中应定量测量人脑对手机的发射和接收性能的影响，进行优化设计，使发射和接收性能降低不能太大，即减少人体和天线的电磁耦合效应。为考察手机的辐射性能，除考察手机天线的无源性能之外，整机的有源性能也是一个重要的考察方面。当前整机有源性能越来越受到终端厂商的重视，因此在手机辐射性能的考察中应将两种辐射性能综合起来考虑。目前终端天线厂商在研发中一般都要求天线供应商提供无源和有源测试报告。2. OTA 测试及手机其他的主要参数2.1 OTA 测试中的主要测试参数及相关计算在OTA 测试中，辐射性能参数主要分为

19、两类：接收参数和发射参数。发射参数有TRP、NHPRP；接收参数有TIS、NHPIS。TRP(Total Radiated Power)：通过对整个辐射球面的发射功率进行面积分并取平均得到。它反映手机整机的发射功率情况，跟手机在传导情况下的发射功率和天线辐射性能有关。NHPRP(Near Horizon Partial Radiated Power)：反映在手机的H面附近天线的发射功率情况的参数。TIS(Total Isotropic Sensitivity)：反映在整个辐射球面手机接收灵敏度指标的情况。它反映了手机整机的接收灵敏度情况，跟手机的传导灵敏度和天线的辐射性能有关。NHPIS(Ne

20、ar Horizon Partial Isotropic Sensitivity)：反映手机在H面附近天线的接收灵敏度情况的参数。对于手持终端，OTA 测试中还将考察终端在有模拟人头情况下的上述参数，比较在有无模拟人头情况下相关参数的变化情况。2.2 其他有关的天线参数在考察天线性能的时候，还有其他需要了解的参数如：APIP、Gain、Directivity、EIRP、ERP。Gain(dBi)：在相同的输入功率下，天线在空间某点的辐射功率与理想无方向性点源天线在同一点的功率的比值，该增益单位为dBi，手机天线厂家提供的天线测试报告中的增益一般以dBi 为单位。Gain(dBd)：在相同的输入

21、功率下，天线在空间某点的辐射功率与理想半波偶极子天线最大辐射方向上功率的比值，该增益的单位为dBd。Directivity：在相同的辐射功率下，某天线在空间某点产生的功率与理想无方向点源天线在同一点产生的功率的比值。Efficiency：天线辐射功率和天线输入功率的比值。APIP(Antenna Port Input Power)：加入到天线口的功率大小，是PA 输出到天线口的功率大小。该功率大小主要跟手机的传导发射功率大小有关。EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)：等效全向辐射功率是天线得到的功率与天线以dBi 表示的增益的乘积，反映天线在各个方向

22、上辐射的功率的大小。PEIRP(Peak Effective Isotropic Radiated Power)：峰值等效全向辐射功率。ERP(Effective Radiated Power)的概念与EIRP 相同，但ERP 是天线得到的功率与以dBd 表示的增益的乘积。3. OTA 测试中的TRP 和SAR 指标的制约关系TRP 反映的是天线远场的辐射性能，而SAR 反映是天线的近场辐射性能。对于OTA 中的TRP 指标，一般是希望其TRP 比较大，这样从PA 出来进入天线的功率才被有效辐射，无线接口的连接性才比较好。在SAR 测试中，则希望TRP 数值比较小，这样被人脑吸收的功率才比较小

23、，保证能通过SAR 测试标准。因此，TRP 指标与SAR 指标是一对相互矛盾的指标，在天线设计中如何保证两个指标都达到相关的标准，满足设计需要，在天线设计的之初就得考虑。以下是一些解决措施：(1)选用合适的天线形式，最为重要。比如内置天线中的Monopole 具有效率高但SAR 也高的特点，因此在使用之前就应该对此有所认识，即Monopole 和人脑的耦合效应较强。PIFA 天线综合性能较好，由于其靠近人脑的一侧被PCB 的地遮挡，其高频频段在人脑方向比最大辐射方向有5-6dB的衰减，因此PIFA 天线的SAR 值比较低，是内置天线中比较理想的天线形式。(2)在天线的设计之初就考虑SAR 问题

24、，主要在结构问题上进行设计，结合手机的结构选用合适形式的天线，保证天线性能的同时还满足通过SAR 指标，比如采取将天线放置于PCB 的底部等措施。对于外置式的螺旋天线一般应注意天线与人脑之间的距离，保证满足SAR 测试的需要。(3)在设计后期发现SAR 测试超标，可通过调低天线性能的方式解决，如使用损耗稍大的材料等方法，这需要与天线厂家配合进行。(4)更改天线走线方式，调整方向图等措施。(5)在标准允许的情况下，降低PA 的输出功率。以上方法是在满足SAR 和TRP 测试需要的情况下，取得两者的折中。4. 总结CTIA 的OTA 测试指标直接反映了手机的辐射性能，因此越来越受到测试机构和相关厂

25、商的重视。在手机天线指标判定时，需要将无源和有源性能指标综合考虑，对整机天线性能进行综合评价。MORAB的OTA天线测试暗室符合CTIA的OTA测试标准，测试系统采用的SG24的近场折算远场测量方案，是目前最准确的天线测试方法。有重复性高，准确度高，解析度高等优点。SG24 是全球少数能完全符合CTIA 要求的测试系统。能提供CTIA 所需要的TRP/TIS 测试。测试适用范围:CTIA OTA (GSM900,DCS1800,Cellular 850,PCS1900)；3D 天线场型测量、增益、天线效率、方向图、极化性能。注：SAR即英语“Specific Absorption Rate”的

26、缩写，意为电磁波吸收比值或比吸收率。是手机或 无线产品之电磁波能量吸收比值，其定义为：在外电磁场的作用下，人体内将产生感应电磁场。SAR值一般指手机产品中电磁波所产生的热能，它是对人体产生影响的衡量数据，单位是W/Kg（瓦/公斤）。 GSM与CDMA分类GSM是Global System for Mobile Communications的缩写，意为全球移动通信系统，是世界上主要的蜂窝系统之一。GSM是基于窄带TDMA制式，允许在一个射频同时进行8组通话。GSM80年代兴起于欧洲，1991年投入使用。到1997年底，已经在100多个国家运营，成为欧洲和亚洲实际上的标准，到了2001年，在全世界

27、的162个国家已经建设了400个GSM通信网络。但GSM系统的容量是有限的，在网络用户过载时，就不得不构建更多的网络设施。值得欣慰的是GSM在其他方面性能优异，它除了提供标准化的列表和信令系统外，还开放了一些比较智能的业务如国际漫游等。GSM手机的方便之处在于它提供了一个智能卡，人们称之为SIM卡，并且机卡可以分离，这样用户更换手机并且定制个人信息这方面都十分便利了。GSM手机还允许用户接收160字长度的短信息。 CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access)，它是在数字技术的分支-扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的

28、原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。 CDMA和GSM是2G通信的主流制式，从技术上来说，它们之间的区别就在于无线发送接收的制式不同，调制解调的方法不同。对于用户来说，它们的不同在于： 1. 通话质量。CDMA的通话质量要高于GSM，在相同环境下打电话，CDMA的杂音要比GSM小很多。 2. 手机辐射。由于CDMA采用了出色的功率控制技术，因此CDMA手机的辐射

29、要比GSM小很多。 3. 高速数据上网。CDMA1x可以提供高达153.6kbps的上网速率，比GSM GPRS的20几k要快多了。 资费的话实际差不多，移动的全球通和联通的新时空差不多，移动的神州行和联通的如意行差不多，移动的动感地带和联通的UP新势力差不多。 再解释以下CDMA内部的分类和GSM的分类。 GSM比较简单，先说GSM。所谓的GSM 900/1800/1900是指GSM手机的工作频率，分别是中国移动支持的900MHz，1900MHz和美国常用的1900MHz。在国内用支持900MHz和1800MHz的GSM 900/1800双频手机就可以了。如果要出国到美国用的，就要用支持19

30、00MHz的三频手机了。 1.DMA800，这是CDMA的工作频率。联通的CDMA是工作在800MHz下的。 2.CDMA2000 是目前2G CDMA的升级，是一种3G的标准。与目前的2G CDMA相比，CDMA2000更是能够提供几兆bps以上的数据速度。 3.而CDMA 1x是现在联通CDMA网络所采取的技术。它指的是CDMA2000 1x，也就是CDMA2000 1x的缩写。与真正的CDMA2000相比，CDMA 1x就像我刚才说的，只能支持到153.6kbps的数据速度，因此被称为是2.5G的技术，还不是真正3G的技术。 暗室测试 TX标准：3032dB RX标准： -100-110

31、 Sensitivity标准：-100-110天线基本知识及应用表征天线性能的主要参数有方向图，增益，输入阻抗，驻波比，极化方式等。1.1 天线的输入阻抗 天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。在我们日常维护中，用的较多的是驻波比

32、和回波损耗。一般移动通信天线的输入阻抗为50。 1.2 驻波比：在不匹配的情况下, 馈线上同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅max ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅min ，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。 反射波电压和入射波电压幅度之比叫作反射系数，记为 R        反射波幅度 （L0） R       入射波幅度 （L0 ） 波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压

33、驻波比，记为 VSWR        波腹电压幅度      max （1 + R） VSWR         波节电压辐度      min （1 - R） 终端负载阻抗L 和特性阻抗0 越接近，反射系数 R 越小，驻波比VSWR 越接近于，匹配也就越好它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在移动通信系统中，一般要求驻波比小于1.

34、5，但实际应用中VSWR应小于1.2。过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大，影响基站的服务性能。回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值在0dB的到无穷大之间，回波损耗越小表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于14dB。 1.3 天线的极化方式 所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受

35、大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。另外，随着新技术的发展，最近又出现了一种双极化天线。就其设计思路而言，一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是±45°极化方式。双极化天线组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线，并同时工作在收发双工模式下，大大节省了每个小区的天线数量；同时由于±45°为正交极化，有效保证了分集

36、接收的良好效果。（其极化分集增益约为5dB，比单极化天线提高约2dB。）1.4 天线的增益天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。任何蜂窝系统都是一个双向过程，增加天线的增益能同时减少双向系统增益预算余量。另外，表征天线增益的参数有dBd和dBi。DBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd相对于对

37、称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。一般地，GSM定向基站的天线增益为18dBi，全向的为11dBi。1.5 天线的波瓣宽度波瓣宽度是定向天线常用的一个很重要的参数，它是指天线的辐射图中低于峰值3dB处所成夹角的宽度（天线的辐射图是度量天线各个方向收发信号能力的一个指标，通常以图形方式表示为功率强度与夹角的关系）。天线垂直的波瓣宽度一般与该天线所对应方向上的覆盖半径有关。因此，在一定范围内通过对天线垂直度（俯仰角）的调节，可以达到改善小区覆盖质量的目的，这也是我们在网络优化中经常采用的一种手段。主要涉及两个方面水平波瓣宽度和垂直平面波瓣宽度。水

38、平平面的半功率角（HPlane Half Power beamwidth）:(45°,60°,90°等)定义了天线水平平面的波束宽度。角度越大,在扇区交界处的覆盖越好，但当提高天线倾角时，也越容易发生波束畸变,形成越区覆盖。角度越小，在扇区交界处覆盖越差。提高天线倾角可以在移动程度上改善扇区交界处的覆盖，而且相对而言，不容易产生对其他小区的越区覆盖。在市中心基站由于站距小，天线倾角大，应当采用水平平面的半功率角小的天线，郊区选用水平平面的半功率角大的天线；垂直平面的半功率角（VPlane Half Power beamwidth）:（48°, 33

39、76;,15°,8°）定义了天线垂直平面的波束宽度。垂直平面的半功率角越小，偏离主波束方向时信号衰减越快，在越容易通过调整天线倾角准确控制覆盖范围。1.6前后比(Front-Back Ratio) 表明了天线对后瓣抑制的好坏。选用前后比低的天线，天线的后瓣有可能产生越区覆盖，导致切换关系混乱，产生掉话。一般在2530dB之间，应优先选用前后比为30的天线。反射损耗 前面已指出，当馈线和天线匹配时，馈线上没有反射波，只有入射波，即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。这时，馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。 而当天线和馈线不匹配时，也

40、就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。 例如，在右图中，由于天线与馈线的阻抗不同，一个为75 ohms，一个为50 ohms ，阻抗不匹配，其结果是 天线的工作频率范围（频带宽度）无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围（频带宽度）内工作的，天线的频带宽度有两种不同的定义一种是指：在驻波比SWR1.5 条件下，天线的工作频带宽度；一种是指：天线增益下降 3 分贝范围内的频带宽度。在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的频带宽度就是天线的驻波比SWR 不超过 1.5 时，天线

41、的工作频率范围。一般说来，在工作频带宽度内的各个频率点上, 天线性能是有差异的，但这种差异造成的性能下降是可以接受的。 天线的极化讨论天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。 一般使用的天线为单极化的 。 下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化 - 是最常用的；水平极化 - 也是要被用到的。双极化天线下图示出了另两种单极化的情况： +45° 极化 与 -45° 极化，它们仅仅在特殊场合下使用。这样，共有四种单极化了，见下图。把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起，或者，把 +45° 极化和 -45°

42、; 极化两种极化的天线组合在一起，就构成了一种新的天线 - 双极化天线。极化损失垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有水平极化特性的天线 来接收。右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收，而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。当来波的极化方向与接收天线的极化方向不 一致时，接收到的信号都会变小，也就是说,发生极化损失。例如:当用 + 45°极化天线接收垂直极化或水平极化波时，或者，当用垂直极化天线接收 +45°极化或 -45°极化波时，等等情况下，都要产生极化损失。用圆极化天线接收任一线极化波，或者，用线极化天线接收任一圆

43、极化波，等等情况下，也必然发生极化损失 - 只能接收到来波的一半能量。 当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离 。极化隔离理想的极化完全隔离是没有的。馈送到一种极化的天线中去的信号多少总会有那么一点点在另外一种极化的天线中出现。例如下图所示的双极化天线中，设输入垂直极化天线的功率为 10W ，结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为 10mW 。GSM移动电话的射频指标(一)RF测试电性指标电性参考指标(依不同机种与匹配电

44、路会有差异）1. V.S.W.R.: GSM 880 960 MHz: <=4.0 1710 1880 MHz: <=4.0 PHS 1880 1930 MHz: <=3.02. Gain(最大增益) GSM 880 960 MHz: <=0 dBi 1710 1880 MHz: <=0 dBi PHS 1880 1930 MHz: <=1.5 dBi3. 辐射效率 GSM 880 960 MHz: 30 35 % 1710 1880 MHz: 10 20 % PHS 1880 1930 MHz: 10 20 %PIFA(Plane  Figure

45、 Antenna)单极天线设计注意事项 单极天线的设计要求与PIFA天线大多。相同，相同项不再赘述1. 天线的宽度应该不小于15mm。2. 单极必须悬空，平面结构下不能有PCB的Ground，一般内置 天线必须离主板3mm（水平方向），在天线正下方到地的高 度必须保持在5mm（垂直方向）以上。如下图3. 由于MONOPOLE天线没有参考的地，SAR一般比PIFA天线大， 实际应用中受到限制，且这是测试的难点，但是效率一般比 PIFA高。离电池要5mm以上。内置天线一般认为，PIFA 天线体积大、性能好；滑盖机必须使用此种天线进行设计。具体要求如下：1. PIFA 的高度应该不小于6.5mm；2

46、. LCM 的connector 应该布局在主板的键盘面；3. 天线的宽度应该不小于20mm；4. 从射频测试口到天线馈点的引线的阻抗保持在50 欧姆；5. PIFA 天线的附近的器件应该尽量做好屏蔽；6. 馈点的焊盘应该不小于2mm*3mm;7. 馈点焊盘（pad）应该居顶靠边；8. 如果测试座布局有困难，也可以放在天线区域；9. 天线区域可适当开些定位孔。10. 内置天线周围七毫米内不能有马达，SPEAKER，RECEIVER 等较大金属物体MONOPOLAR 天线体积稍小、性能较差，一般不建议采用。具体要求如下：1. 内置天线周围七毫米内不能有马达，SPEAKER，RECEIVER 等较

47、大金属物体。2. 天线的宽度应该不小于15m；3. 内置天线附近的结构件（面）不要喷涂导电漆等导电物质。4. 手机天线区域附近不要做电镀工艺以及避免设计金属装饰件等。5. 内置天线正上、下方不能有与FPC 重合部分，且相互边缘距离七毫米以上。6. 内置天线与手机电池的间距应在5mm 以上。外置天线外置式天线可采用传统的螺旋线，软、硬PCB 等结构，外表采用塑料压铸成型技术进行封装，外表可喷漆。 外置天线长度要求不小于16mm ；在翻盖打开的状态下，天线与上翻盖最小距离要求大于4mm，倾角大于15 度。天线周围不能有金属和 FPC 等对天线性能影响较大的物体。 内、外置天线弹片与手机主板的触点接

48、触要求与触点中心位置对齐，并接触紧凑而且要求弹性较好，能重复装机使用。 增加带宽的方法1.从原理出发，要求小Q值，那就是天线的空间要够，环境要好，该有的高度要有；  2.从形式考虑，最有效地方法就是多谐振而多谐振也有一定形式来做，一种为寄生，一种是类似FICA这样的充分利用磁场耦合的方案，前者用得较为多一些，而上述两种方案一般用来增加高频部分的带宽；  3.加匹配，通过匹配把阻抗圈拉向smith图中心，但有时候不能保证性能，毕竟可能谐振并不够，但如果pa功率还可以的话，凭空拉出一个谐振也可能会有好的效果。1、PIFA的话要加带宽最理想的就是增加天线高度；

49、2、能利用的最大空间中把天线振子尽可能的做粗点，这样对天线带宽应该有所改善；3、你改动匹配电路对天线的带宽及驻波应该也能有所改善；4、修改天线的形式，改变电流的方向。 我常用的方法有：1.減小電感值（Q） 2.用寄生耦合 3.諧振長度L，在諧振子兩邊加兩個振子，長度分別為L+a,L-a，使之在L諧振頻點兩邊各產生一個諧振，從而達到加大頻寬的作用4、走环状，占用最大面积。FICA天线就是最好的启发。5、走线局部靠近SPK之类的器件。6、两脚间适当开槽。7、调匹配。8、高频用耦合。9、用调整低频走线来增加高频带宽。10、调整高频与低频走线的分支点。11、因谐振点偏很多再调过来而导致很窄带宽的情况，

50、馈点或馈地附近开槽，不一定是两脚间开槽。 1)翻盖机做耦合器. 2)可走双高线. 3)入金属器件在下方，采用全包式，中间镂空实现带宽扩展. 4)环境复杂机器通过处理接地，使带宽增加。 5)挖空PIFA天线下方的地.频的匹配的确是一个折衷的过程。你加一个件一定是有目的性的。以GSM、DCS双频来说，你如果想调GSM而又不太想改变DCS，你就应该选择串连电容、并联电感的方式。同样如果想调DCS，你应该选择串电感、并电容。 1、电压驻波比 要求VSWR<2 2、最大承受功率 2W3、互调测试不做要求4、方向图（要求是至少是高，中，低三个频点的方向图，希望是三维，假如不是三维，要求给出E面和H面

51、的方向图，假如是折叠机，需要测试翻盖和折叠两种状态的情况）5、不圆度，不圆度不做要求，但是需要了解这个指标。将来作为天线性能的一个对比指标6、天线的平均效率和平均增益（在微波暗室测试，假如是折叠机，需要测试翻盖和折叠两种状态的情况）平均效率>50%平均增益>-3dBi7天线的极化方向垂直极化一般手机天线的电性能要求如下： 手机天线频段（1） W-CDMA（FDD）：（UEBS，ARFCN）联通3G（2） IMT2000：1920198021102170（3G频段），1056210838（信道)PCS1900：18501910/19301990，9662993841243746248

52、7512537562587612637662687DCS1800：17101785/18051880，90379388（2）TD-SCDMA移动3GChina：17851805，18801900，19001920，20102025，230024003GPP：19001920，20102015（3）HSDPA：（UEBS）IMT2000：1920198021102170（832870MHz）PCS1900：1850191019301990DCS1800：1710178518051880（4）IS95AB：（MSBS）USKorea：824849869894Japan：887925832870US

53、：1850191019301990Korea：1750178018401870（5）CDMA2000（1xRTT，1xEV-DO，1xEV-DV）：（MSBS）电信3GIS95并增加NMT450：411483421493GSM/GPRS/EDGE（UL/DL，ARFCN）：GSM450：450.4457.6MHz460.4467.6MHz，259293GSM480：478.8486MHz488.8496MHz，306340GSM750：777792MHz747762MHz，438511GSM850：824849MHz869894MHz，128251E-GSM：880915MHz925960MHz，97510230124P-GSM：890915MHz935960MHz，1124R-GSM：876915MHz921960MHz，95510230124DCS：17101785MHz18051880