手机天线设计浅谈
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手机天线设计__浅谈
一、天线的功能： 二、天线的类型： 三、天线设计注意事项： 四、金属器件对天线的影响： 五、天线支架设计： 六、材料：
xxxxx
2018/9/6 1
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。
2018/9/6
5
B、PIFA天线空间要求
PHS: H>6.5mm A>200mm² CDMA: H>7.0mm A>400mm² GSM&DCS: H>7.0mm A>450mm² GSM&DCS&PCS: H>7.0mm A>550mm² GSM&DCS&PCS&WCDMA: H>7.5mm A>650mm² CDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA: H>8.0mm A>750mm²
2018/9/6
4
三、天线设计注意事项
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
2018/9/6 24
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。
一般采用铍铜，磷青铜，硬度分为H、 H/2、H/4。厚度一般采用0.2mm或 0.15mm。也可用不锈钢片和FPC
2018/9/6
29
谢谢！
郑宗波
2018/9/6 30
100nH
2018/9/6
19
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。
2018/9/6 6
PIFA天线设计参考
short pin
w=15~25
Feed pin
L=35~40
Antenna
H=6~8
Ground
2018/9/6 7
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*7mm GSM&DCS&PCS&WCDMA: Ground镂空12mm 天线空间30*7mm CDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA: Ground镂空12mm 天线空间30*7mm
2018/9/6
8
Monopole天线设计参考
2018/9/6
9
2018/9/6
10
手机内置天线形式比较
2018/9/6
11
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PCB Ground充分连接，保证 PCB的尺寸。
电镀截断， 改善性能 整体尺寸减小 一圈后，干扰 消失。
2018/9/6
21
特殊设计的案例
Moto V3面世后，很多Design House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。
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。
2018/9/6 16
超薄直板手机应用单极天线的方案
净空区 ～8mm
PCB带地
馈 电
此空间可 以放没有 金属底座 的 Camera sensor
2018/9/6
至少 5mm
Receiver
LCD
17
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。
2018/9/6
26
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。
2018/9/6
27
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。
2018/9/6
25
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。
2018/9/6 2
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:900MHz DCS:850MHz PCS:1800MHz CDMA1X:800MHz WCDMA:2100MHz
2018/9/6 3
内置天线主要种类 PIFA antenna Monopole antenna Chipset antenna
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20
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。
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。
2018/9/6
28
六、材料
1、支架材料：
天线支架使用的材料主要有ABS 、 PC 、 二者比较，ABS塑性好，PC材料的 硬度高。材料会根据结构选用，亦可根 据硬件要求，做成透明，以方便观察支 架下的元器件。 2、天线材料：
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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
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23
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。
2018/9/6
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四、金属器件对天线的影响
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。
2018/9/6 12
PIFA馈点的位置
2018/9/6
13
Monopole馈点的位置
2018/9/6
14
超薄直板手机应用PIFA的方案
PIFA的Patch PCB带地 电池
接地
馈 电
2018/9/6
如果receiver在此 空间内部，则地上 可以开出音孔
PIFA的Ground
LCD
ຫໍສະໝຸດ Baidu15
超薄直板手机应用PIFA的方案
一、天线的功能： 二、天线的类型： 三、天线设计注意事项： 四、金属器件对天线的影响： 五、天线支架设计： 六、材料：
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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。
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B、PIFA天线空间要求
PHS: H>6.5mm A>200mm² CDMA: H>7.0mm A>400mm² GSM&DCS: H>7.0mm A>450mm² GSM&DCS&PCS: H>7.0mm A>550mm² GSM&DCS&PCS&WCDMA: H>7.5mm A>650mm² CDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA: H>8.0mm A>750mm²
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三、天线设计注意事项
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
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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。
一般采用铍铜，磷青铜，硬度分为H、 H/2、H/4。厚度一般采用0.2mm或 0.15mm。也可用不锈钢片和FPC
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29
谢谢！
郑宗波
2018/9/6 30
100nH
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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。
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PIFA天线设计参考
short pin
w=15~25
Feed pin
L=35~40
Antenna
H=6~8
Ground
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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*7mm GSM&DCS&PCS&WCDMA: Ground镂空12mm 天线空间30*7mm CDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA: Ground镂空12mm 天线空间30*7mm
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Monopole天线设计参考
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手机内置天线形式比较
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11
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PCB Ground充分连接，保证 PCB的尺寸。
电镀截断， 改善性能 整体尺寸减小 一圈后，干扰 消失。
2018/9/6
21
特殊设计的案例
Moto V3面世后，很多Design House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。
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。
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超薄直板手机应用单极天线的方案
净空区 ～8mm
PCB带地
馈 电
此空间可 以放没有 金属底座 的 Camera sensor
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至少 5mm
Receiver
LCD
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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。
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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。
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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。
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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。
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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:900MHz DCS:850MHz PCS:1800MHz CDMA1X:800MHz WCDMA:2100MHz
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内置天线主要种类 PIFA antenna Monopole antenna Chipset antenna
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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。
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。
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六、材料
1、支架材料：
天线支架使用的材料主要有ABS 、 PC 、 二者比较，ABS塑性好，PC材料的 硬度高。材料会根据结构选用，亦可根 据硬件要求，做成透明，以方便观察支 架下的元器件。 2、天线材料：
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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
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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。
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18
四、金属器件对天线的影响
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。
2018/9/6 12
PIFA馈点的位置
2018/9/6
13
Monopole馈点的位置
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超薄直板手机应用PIFA的方案
PIFA的Patch PCB带地 电池
接地
馈 电
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如果receiver在此 空间内部，则地上 可以开出音孔
PIFA的Ground
LCD
ຫໍສະໝຸດ Baidu15
超薄直板手机应用PIFA的方案