手机天线设计浅谈

手机天线设计浅谈2023/4/211第1页，共30页，2023年，2月20日，星期六一、天线功能无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。手机不间断地与基站联系，依靠天线接受和发射天磁波，天线释放出的电磁辐射功率约440微瓦/平方厘米，天线的设计在结构上需要考虑天线的效率和SAR，对于各频段天线效率基本要求在30%以上。2023/4/212第2页，共30页，2023年，2月20日，星期六二、天线的类型一、按外观分类：外置天线和内置天线二、按手机通讯制式分为：GSM:900MHzDCS:850MHzPCS:1800MHzCDMA1X:800MHzWCDMA:2100MHz2023/4/213第3页，共30页，2023年，2月20日，星期六内置天线主要种类PIFAantennaMonopoleantennaChipsetantenna2023/4/214第4页，共30页，2023年，2月20日，星期六A、外置天线空间要求CDMA:线圈尺寸Ø5.2*14mm

GSM&DCS:线圈尺寸Ø5.2*14mm

GSM&DCS&PCS:线圈尺寸Ø5.2*15mm

GSM&DCS&PCS&WCDMA:线圈尺寸Ø5.2*15mm

CDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA:线圈尺寸Ø5.2*15mm三、天线设计注意事项2023/4/215第5页，共30页，2023年，2月20日，星期六B、PIFA天线空间要求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页，共30页，2023年，2月20日，星期六L=35~40w=15~25H=6~8FeedpinshortpinGroundAntennaPIFA天线设计参考2023/4/217第7页，共30页，2023年，2月20日，星期六C、Monopole天线空间要求PHS:Ground镂空5mm天线空间20*3mm

CDMA:Ground镂空5mm天线空间30*5mm

GSM&DCS:Ground镂空7mm天线空间30*7mm

GSM&DCS&PCS:Ground镂空8mm天线空间30*7mmGSM&DCS&PCS&WCDMA:

Ground镂空12mm天线空间30*7mmCDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA:Ground镂空12mm天线空间30*7mm2023/4/218第8页，共30页，2023年，2月20日，星期六Monopole天线设计参考2023/4/219第9页，共30页，2023年，2月20日，星期六2023/4/2110第10页，共30页，2023年，2月20日，星期六手机内置天线形式比较2023/4/2111第11页，共30页，2023年，2月20日，星期六主板设计(主要是内置天线)手机PCB的尺寸对天线影响很大，(直板机)一般要求长在90-120mm左右，宽在35-50mm左右。某些超薄机出于设计考虑，尺寸很短，建议在电池下面铺金属板，与PCBGround充分连接，保证PCB的尺寸。2023/4/2112第12页，共30页，2023年，2月20日，星期六PIFA馈点的位置2023/4/2113第13页，共30页，2023年，2月20日，星期六Monopole馈点的位置2023/4/2114第14页，共30页，2023年，2月20日，星期六超薄直板手机应用PIFA的方案PIFA的GroundPIFA的Patch馈电接地PCB带地LCD电池如果receiver在此空间内部，则地上可以开出音孔2023/4/2115第15页，共30页，2023年，2月20日，星期六超薄直板手机应用PIFA的方案把PCB在天线区域截断，用一块良好接地的金属片紧贴手机Top面，使得PIFA的地降低；PIFA的patch则贴近Bottom面，这样可以充分利用手机内部的厚度。PIFA的高度要求还是不难满足的。此种方案的缺点在于LCD的位置偏低，如果ID设计的卖点是大LCD且位置偏高，则不适合这种设计。2023/4/2116第16页，共30页，2023年，2月20日，星期六超薄直板手机应用单极天线的方案馈电PCB带地LCDReceiver净空区～8mm至少5mm此空间可以放没有金属底座的Camerasensor2023/4/2117第17页，共30页，2023年，2月20日，星期六超薄直板手机应用单极天线的方案采用单极天线方案的要点是有一块净空区域在板的端部，净空区域一般宽8mm。该区域没有地，且一般没有器件进入。考虑ID设计要求出音孔不能太低，speaker或者receiver势必要进入上述的净空区域。折中的设计是不可避免的。问题在于寻求一个两方面都可接受的平衡点。根据我们的实验判断认为，磁声器件在单极天线的净空区域内，在手机厚度方向拉远器件和天线的垂直距离没有明显的好处且增加手机厚度；而沿手机主板长度方向移动器件是有巨大作用的，2mm的距离足以增加1dBi的增益。此种结构布局LCD可以放得较高，ID设计都比较符合时尚，但单极天线的性能可能由于较少的净空区，其它器件的影响，会大幅度的降低。2023/4/2118第18页，共30页，2023年，2月20日，星期六Speaker和Receiver的影响Speaker和Receiver中间是一个线圈，长度约在40-50mm左右，加上不同长度的信号线可在不同的频段产生谐振，降低天线性能。Speaker和Receiver本身的高频音频信号会在低频段产生干扰。一般在两根信号线上各串联一个100nH电感，可有效消除其影响。100nH四、金属器件对天线的影响2023/4/2119第19页，共30页，2023年，2月20日，星期六Motor和Camera的影响Motor对天线性能影响很大，特别是在工作状态(震动)下。因此一般要求其距离天线馈点在10mm以上，同时为了提高天线效率等，天线在Motor上方周围区域尽量不布线。Camera正常情况下影响很小，但有时Flash的引线FPC过长，会干扰到天线，故FPC长度越短越好。2023/4/2120第20页，共30页，2023年，2月20日，星期六装饰件的影响机壳周框（上盖和下壳）和天线附近经常会有金属装饰件或电镀装饰件，如果它们的尺寸和工作频段波长成比例，会对天线产生极大干扰。图一周框电镀层使功率和灵敏度下降3dB，故在两肩部分截断。图二为Camera周围的装饰件，尺寸较大，灵敏度下降了5dB，后整体尺寸减小一圈后影响消失。电镀截断，改善性能整体尺寸减小一圈后，干扰消失。2023/4/2121第21页，共30页，2023年，2月20日，星期六特殊设计的案例MotoV3面世后，很多DesignHouse仿照其进行设计，出来的结果GSM功率很差，不是其机板设计问题，而是出在Ground的延伸上。类似手机天线都位于下端，打开状态时，上板和下板连接起来长度太长，约160mm，影响了GSM频段的辐射。研究V3手机可以发现，即使连接前后板的FPC断开，两者的Ground也是连通的，整个金属外壳和板子的Ground是一体的，这样电流回流实际上就缩短了板子实际尺寸，保证了GSM频段的性能。类似手机设计时，不仅要保证FPC连接前后板，还要在板子另一侧把Ground也连通。2023/4/2122第22页，共30页，2023年，2月20日，星期六五、天线支架结构设计注意事项1、支架平面2、热熔柱3、支架固定4、天线弹片2023/4/2123第23页，共30页，2023年，2月20日，星期六1、支架平面支架平面:尽量是完整的平面或连续的曲面。曲面上的天线需随曲面弧度进行折弯，容易出现天线与支架间不贴和，有缝隙。若贴和不稳定会影响天线性能，也容易与外壳有干涉。2023/4/2124第24页，共30页，2023年，2月20日，星期六2、热熔柱热熔柱的作用：将天线定位以及天线与支架的固定。在支架设计时需要预留出来天线的高度及热熔柱热熔后的高度。天线厚0.2mm，根据经验，通常要求热熔柱热熔后与天线的距离保持在0.3mm。即，需要预留出至少0.5mm的高度，以避免与壳体有干涉。天线弹片处的热熔柱较重要，一般会设计直径为1.2mm。2023/4/2125第25页，共30页，2023年，2月20日，星期六3、支架固定热熔柱的作用：将天线定位以及天线与支架的固定。在支架设计时需要预留出来天线的高度及热熔柱热熔后的高度。天线厚0.2mm，根据经验，通常要求热熔柱热熔后与天线的距离保持在0.3mm。即，需要预留出至少0.5mm的高度，以避免与壳体有干涉。天线弹片处的热熔柱较重要，一般会设计直径为1.2mm。2023/4/2126第26页，共30页，2023年，2月20日，星期六亦可以设计用镙钉固定支架与PCB板，但镙钉是金属件，会对天线有一定影响。支架与壳体固定，存在着双重定位，即支架与PCB的定位，支架与壳体的定位。需要定位准确以保证天线弹片与馈点的良好接触。2023/4/2127第27页，共30页，2023年，2月20日，星期六4、天线弹片馈点位置需RF工程师与硬件工程师讨论确定，PAD尺寸至少保证在3×3mm，PAD间距保持在1.5mm以上。支架结构设计也需考虑到PAD位置，天线和PAD需要合适的距离，以保证天线和PAD的良好接触。2023/4/2128第28页，共30页，2023年，2月20日，星期六六、材料1、支架材料：天