手机内置天线总结

手机内置天线总结

一．手机常用频段及组合

CDMA手机：CDMA 1X ,CDMA 800MHz.

CDMA 1X ：824 MHz ~894 MHz，1850 MHz ~1990 MHz

GSM手机：GSM850\GSM900\DCS1800\PCS1900.

GSM850:824~894MHz

GSM900:880~960MHz

DCS1800:1710~1880MHz

PCS1900:1850~1990MHz

更多频段：

ISM\Bluetooth (2400~2480MHz)

UMTS (1920~2170MHz)

WLAN (2400~2483MHz\5100~5900MHz

WIMAX (2500~2690MHz\3400~3600MHz)…

手机天线一些频段组合举例：

双频：GSM850/PCS1900(美)GSM800/PCS1900(欧)

三频：GSM900/DCS1800/ PCS1900

WCDMA/GSM850/ PCS1900

GSM850/DCS1800/PCS1900

四频：GSM850/GSM900/DCS1800/PCS1900

GSM900/DCS1800/PCS1900/WCDMA

GSM850/GSM900/DCS1800/WCDMA

其他：GSM900/DCS/PCS/Bluetooth

二．手机天线的要求

无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线输送到天线，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。天线是接受和发射电磁波重要的无线电设备。

电性能要求：水平面全向辐射，频带宽，效率高，增益高，SAR值小。

外部要求：低姿态，低剖面，尺寸下，重量轻，机械强度高。

天线可以根据天线所处位置分为外置天线和内置天线两类。

外置天线：常采用螺旋型，圆环型，折叠环设计，优点是频带范围宽接受稳定，但外置天线易损坏，人体靠近时性能影响较大，SAR较高，发展趋势必将是小型化、内置化、多频段和智能化.

内置天线：PIFA (Planar Inverted F Antenna) Internal Planar Monopole

三. PIFA天线

PIFA天线是现在使用较多的内置手机天线。

PIFA天线的演变过程：dipole=>monopole=>ifa=>pifa

典型结构是由辐射贴片、短路片、馈电和金属接地板四部分组成。

图1 PIFA天线的结构

PIFA的辐射机理等等于微带天线有十分相似之处，可以由微带天线推导。微带天线其辐射主要靠边缘场。假设一微带天线大地放置，该天线已经加短路点，长边只要1/4波长考虑到支撑天线的塑胶支架介电常数大于空气的1，存在波长缩短效应正比于1/sqrt(epsilon)，可以略小于四分之一波长就能形成边缘场，两边缘的场垂直分量（有部分）会抵消，水平分量加强。产生平行于地平面的线极化远场。因为PIFA天线的辐射主要靠边缘场，边缘的场越往外倾斜，辐射越好（开放场）。这是PIFA天线的高度重要的原因。

天线的馈点位置也会影响中心频率和带宽，一般来说，馈点离接地端越远，中心频率也越大，为了增加天线的输入阻抗，馈电点离接地端不要太近。PIFA重要的三个参数：W,L,H。

H:天线谐振频率的带宽密切相关，一般H 越大，带宽越宽，效率越高，在H有8mm时，性能比较容易实现。实际很多情况没有那么多空间，PIFA天线的高度一般大约都在6mm左右。

W,L:决定天线最低频率。低频的谐振点经验公式：

f (resonant)=C/[4(W + L) sqrt (epsilon)]

mm

辐射体面积约550～6002

PIFA天线的地对性能有很大影响，PCB的地要大于四分之一波长，PCB介质基板也有波长缩短效应。

PIFA需要的空间大小视乎频段和射频性能的需求：

mm×7～8mm

双频（GSM/DCS）：600 2

mm×7～8mm

三频（GSM/DCS/PCS）：700 2

满足以上需求则GSM频段一般可能达－1～0dBi，DCS/PCS则0～1dBi。PIFA需要的其他一些条件：

a)天线的馈源位置和间距：一般设计在左上方或右上方；间距在4～5mm 之间

b)天线投影区域内有完整的铺地，同时不要天线侧安排元器件，特别是马达、SPEAKER、RECEIVER、FPC 排线、LDO 等较大金属结构的元件和低频驱动器件。它们对天线的电性性能有很大的负面影响。

PIFA的局限：

a) 带宽稍窄。

b) PIFA增益偏低。

c) 结构单调。

四.Internal Planar Monopole

演变：dipole=>monopole

偶极子其两臂上的电荷一正一负并成正弦变化时，也就产生了交变电流(场)，对外辐射。半波振子，上下臂各四分之一波长。上下臂的电流大小对称流

向相同(正负电荷成对)，电流强度分布是从中间馈电点处向两端点逐步由大到小。馈点处电流最大，电阻(因为正好谐振没有电抗)最小。这样的天线为平衡天线(天线上电流上下臂平衡)。去掉偶极天线的一臂，将另一臂换成无穷大地，大地对场的反射，根据镜像原理，一正电荷将在其镜像处感应出一负电荷，此时，天线的上臂将产生一镜像，该镜像上的电流分布完全等同于偶极天线的下臂，在这种情况下，这种天线为单极天线。对于无穷大地其辐射图等同于偶极子。如果将地逐步缩小，将无法行程理想镜像，下面地的电流分布将发生变化。现今的手机，体积越来越小，机体再不能看成是大地，机体越小，手机中的单极天线受手机影响越大，因为手机俨然成为了天线的另一臂了。这种天线是非平衡天线。天线(系统)上电流分布将明显受手机体的影响。当手机的最大尺寸小于系统最小频率的四分之一波长时，天线系统将无法在该频点处产生谐振。

monopole 的特点：大带宽和高增益，容易应付3G时代跨越2GHz的几百兆带宽需求，内置平面Monopole结构灵活，易于与当今多变的手机结构相配合。

图2内置平面Monopole

手机monopole天线需要的其他一些条件：

mm(高度)3～4mm内置Planar Monopole天线可

a) 辐射体面积约300～3502

以比同样工作频率的PIFA小。

b) 天线投影区域不能有铺地，必须悬空，无PCB，也不要安排马达、SPEAKER、RECEIVER 等较大金属结构的元件。因为单极天线的电性能对金属特别敏感。

c) 天线的馈源位置馈电点的位置, 一般建议设计在天线的四个角上，只需要