hfsss手机内置天线设计资料

內置天線結構種類
天線 Pogo Pin 天線 Pogo Pin
PCB
正向使用Pogo Pin的
PCB
反向使用Pogo Pin的
1. Stamping
Stamping熱熔到Housing內側，Stamping伸出spring與手機PCB連接
2. Stamping + Support
Stamping熱熔到Support上，連接用spring
內置Helix
類似外置Helix內藏於手機殼內 • 金屬線Helix嵌入塑膠內模，軸線平行於PCB平面， 豎直裝載於PCB頂端。 • 金屬線Helix嵌入塑膠內模，軸線平行於PCB平面， 平行裝載於PCB頂端。 以上實際RF效果均不夠理想。一般輻射效率在20%。 優點在於可以利用以往的外置天線手機主機板設計， 稍加修改快速設計出一款內置天線手機。
3. Stamping + Support + Pogo pin (正、反)
Stamping熱熔到Support上，連接用Pogo Pin。
正向使用Pogo Pin一般適合於帶support的結構，反向使用都可以。
• • • •
FPC FPC + Support + FPC連接器 FPC + Support + Pogo pin (正、反) Housing表面電鍍
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天線饋點和接地的擺放 （紅色為饋點，藍色為接地）
手機結構vs PIFA天線（翻蓋 或滑蓋）（一）
• 翻蓋手機合 蓋狀態，天 線表現與直 板機無異。 • 開蓋狀態， 上下蓋PCB 都為地，天 線由在地頂 端變為處於 地中央。
手機結構vs PIFA天線（翻蓋 或滑蓋）（二）
• 右二圖為合、開兩 種狀態下天線S11 參數的Smith圓圖。 右上圖為合蓋，右 下為開蓋。 • 由右圖可見兩種狀 態下天線工作狀態 發生較大變化。通 常低頻諧振降低。
XY平面為H面，YZ面E1面，XZ面E2面。
Z
基站
Βιβλιοθήκη Baidu
Y X
天線原理
• 一個理論上的各向同 性（Isotropic）天線 有全立體角相等的方 向分佈。 • 該天線可作為其它天 線的參照。
側視 (垂直方向圖)
頂視 (平面方向圖)
天線原理－偶極天線
• 偶極天線方向圖側視
看來Isotropic方向圖垂直 方向收到“擠壓”，水 準方向則擴大了覆蓋範 圍。
• Efficiency（效率）
Gain＝Directionality × Efficiency
Efficiency＝Output Power/Input Power
天線原理
• Polarization（極化）
天線遠場處電向量軌跡。分線極化、圓極化、橢圓極化。 一般手機外置（stubby）天線在H面接近線極化，PIFA和Monopole極 化複雜。 基站入射波為線極化，方向與地面垂直。
Beamwidth
Area of poor coverage directly under the antenna
Side View (Vertical Pattern)
Top View (Horizontal Pattern)
• EIRP（Effective Isotropic Radiated Power）
內置平面Monopole出現的現 實意義
• 多模手機對多頻段天 線的要求 • Monopole的大頻寬和 高增益，足以應付3G 時代跨越2GHz的幾百 兆頻寬需求。 • 內置平面Monopole結 構靈活，易於與當今 多變的手機結構相配 合
Feed Strip 天線低頻部分
塑膠支架 38X6X4
EIRP = transmitter power + antenna gain – cable loss
Power Setting 100 mW 50 mW 30 mW 20 mW 15 mW 5 mW 1 mW dBm 20 dBm 17 dBm 15 dBm 13 dBm 12 dBm 7 dBm 0 dBm Gain@ 6 dBi Patch 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi EIRP 26 dBm 23 dBm 21 dBm 19 dBm 18 dBm 13 dBm 6 dBm
內置天線分類
• PIFA Planar Inverted F Antenna • Internal Planar Monopole 內置平面單極天線 • Internal Helix 內置螺旋天線
手機結構vs PIFA天線（直板 機）（一）
• 典型PIFA形 式,GSM/DCS (/PCS) • 位於手機頂部 • 面向Z軸正向， 與電池同側。
手機結構vs PIFA天線（直板 機）（二）
short pin
w=15~25
Feed pin
L=35~40
Antenna
H=6~8
Ground
手機結構vs PIFA天線（直板 機）（三） • PIFA最重要的三個參數 W，L，H，其中H和天線諧振頻率的頻寬密 切相關。W、L決定天線最低頻率。 • 手機PCB的尺寸對PIFA有很大影響 • Shielding Case對天線的影響 • 手機電池芯對PIFA影響強烈。
• 以上二圖分別為直板（左）、翻蓋（右）@1GHz時的增 益方向圖。 • 由於翻蓋打開，增益比直板狀態增大了。直板狀態全向性 好，翻蓋狀態則背向增益變小。
PIFA的局限
• PIFA脫胎於帶短路微帶天線，有帶寬窄的先天缺 點。 • PIFA增益偏低。 • 結構單調，不易與當今靈活多變的手機結構相適 應。 • 面對3G和多模手機的要求，一個手機的天線（組） 必須同時面對900（800）MHz、1700MHz～ 2200MHz如此寬廣電磁波譜的要求。PIFA顯得力 不從心。
側視 (垂直方向圖)
垂直波束
dipole (with Gain)
• 增益越高，垂直方向 波束越窄，水準方向 覆蓋面積越大。
頂視 (水準方向圖)
全向和定向
• 右上圖為一高增益全 向天線。垂直方向波 束窄，陰影為天線不 能覆蓋範圍。水準方 向則覆蓋面積很大。 • 右下圖顯示方向圖被 “擠壓”向一個方向， 輻射能量在一定角度 分佈較大。而背面能 量分佈少。
PCB 天線高頻部分
從右圖可見 • 該種 monopole保 持了低頻 （1GHz）工 作頻帶。 • 高頻則可有 著與中心頻 率比值20% 以上、寬達 幾百兆工作 頻寬。
右圖為該天線 模型在 1.8GHz頻 率下的增益 方向圖。 • 最大增益～ 4dBi。 • 全向性可控 制
內置Planar Monopole vs手機 結構設計 • 內置Planar Monopole天線可以比同樣工作 頻率的PIFA小。 • Monopole必須懸空，平面結構下不能有 PCB的Ground。 • Monopole只需要一個Feed Point和PCB上 的Pad相連。
手機內置式天線設計
天線基本概念
• Return Loss（回波損耗S11）
天線原理
• Directionality（方向性係數）
天線輻射方向性參數。天線據此可分全向（omnidirectional）和定向（directional）。
• Gain（增益）
天線增益定義為規定方向的天線輻射強度和參考天線之比。
PIFA需要的空間和其它條件
• PIFA需要的空間大小視乎頻段和射頻性能的需求。
雙頻（GSM/DCS）：600 mm ×7～8mm 三頻（GSM/DCS/PCS）：700 mm 2×7～8mm 滿足以上需求則GSM頻段一般可能達－1～0dBi， DCS/PCS則0～1dBi。 • 天線正下方一般避免安放器件，尤其是Speaker和 Vibrator • 電池儘量遠離天線。一般至少5mm以上。 • 天線同側後蓋上不用導電漆噴塗，謹慎使用電鍍裝飾。