手机内置天线知识-100223

手机内置天线概况
在手机射频器件中，天线属于无源器件，它在手机系统中非常重要，主要是基于 以下两个原因，第一是因为天线位于整个手机电路的最前端，它的性能在很大程 度上决定了整机的性能，非常重要；第二是由于天线是整个手机电路中唯一需要 “量身定做”的器件，不像其他 IC 都是统一的，天线是手机中比较特殊的电子/ 结构件。
1. 反射系数，驻波比(VSWR)与回波损耗(Return loss)
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。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， 使用哪一个纯属于个人习惯。在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损 耗。
天线的基本概念
天线是无线移动通信系统中必需的器件，既可以将微波传输线上导行波的电磁能量以电 磁波的形式发射出去，也可以将外部电磁波转化为馈线的导行波输送给接收机。从本质上讲， 天线是一种换能/转换装置，它是外部空间电波/电磁场与内部电路联系的桥梁和纽带，没 有天线也就没有无线通信。
天线的电参数，电参数是衡量天线性能的尺度。如驻波比(VSWR), 方向性系数（Directivity） 和增益(Gain)等等，天线的这些电参数将会直接决定和影响整个系统的性能指标，对于手机而 言，会影响手机的 TRP(Total Radiation Power)，TIS(Total Isotropic Sensitivity)等等。
上的辐射功率都加强到此方向上的缘故.
方向性系数也可以用dB 表示，对称振子的方向性系数为：
5.频带宽度
天线的所有电参数都和工作频率有关，任何天线的工作频率都有一定的工作范围， 当工作频率偏离中心频率时f。时，天线的电参数变差，其变差的容许程度取决于 天线设备系统的特性要求。当工作频率变化时，天线的有关电参数变化的程度在 允许的范围之内，此时对应的频率范围成为频带宽度。
符合能量守恒定律，发射波的能量不会大于入射波。由于反射系数使用不太方便，人们引 入另外一个量，反射损耗(Return Loss)：
反射系数 Γ ，VSWR 与 Return Loss，是用来衡量天线匹配优劣的三个参量，三个参数 之间有固定的数值关系，使用哪一个纯属于个人习惯。在天线测试报告中，用的较多的是 驻波比和回波损耗。
工程上常以通频带与中心频率的比值作为相对带宽。天线带宽主要决定于天线型 式和结构。当频率变动时，天线、馈线之间的阻抗不匹配会引起馈线上驻波系数 增大。若规定容许驻波系数变化极限，便可确定天线的带宽。对一般线天线，如 规定驻波系数为1.5～2时，其相对带宽约为百分之几；天线带宽可以通过多种技 术增大，如使用较粗的金属线，使用金属“网笼”来近似更粗的金属线。对于粗 天线，带宽可达百分之几十。
2） 直接决定导行波反射能量的大小，潜在影响 PA 的寿命： 在 PA 的 Spec 中都有一个 参数 Load Pull，它允许 PA 在一定的负载失配情况下可以正常工作，尽管如此，如果 VSWR 太大，从而导致反射能量太大，这一部分能量必然会重新返回 PA。由于导行波的 反射而导致的能量损耗为 （ 符合能量守恒定律，反射和传输部分之和为1），如果 PA 长期工作在这种不匹配状态，必然会缩短PA 的寿命。下表 给出 VSWR，Return Loss， Reflection Coefficient Γ 与天线传输效率 之间的关系，。VSWR 只反映了传输给天 线那部分能量的大小，至于这部分能量中又有多少能量(辐射效率)集中辐射到哪个方向 (增益 Gain)，则需要根据其他天线参数来判断。
3.天线的极化
天线向周围空间辐射电磁波，电磁波由电场和磁场构成。电磁波的极化是指天线 在最大辐射方向上电场矢量随时间的变化方向。当电场强度变化方向垂直于地面 时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度变化方向平行于地面时，此电波就称 为水平极化波。根据电场矢量的端点轨迹形状，电磁波的极化分为三种：线极化， 圆极化，和椭圆极化，其中线极化又分为垂直线极化和水平线极化，圆极化分为 左旋圆极化与右旋圆极化，椭圆极化分为左旋椭圆极化与右旋椭圆极化。与此相
对大小。
根据方向性系数的定义以及上面的例子，可以得到以下结论：
（1） 方向性是与输入功率、输出功率无关的一个参数，因此也与天线的效率无关，它
仅仅描述了天线辐射的功率密度在空间相对的分布情况；
（2） 在辐射功率相同的情况下，有方向性天线在最大辐射方向上的功率密度是无方向
性天线的D 倍.
但是增加的这部分功率密度也不是凭空而来，而是天线把其他方向
手机内置天线知识讲座
天线简介
1 天线
1.1 天线的作用与地位 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。 天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同 情况下使用。 对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的： 按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分 类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分 为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等； 等等分类。
Gain(dBd)：在相同的输入功率下，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。 特别指出，几乎所有的手机天线都是一种弱方向天线，因为手机天线狭小的空间导致既不能 像八木－宇田(Uda-Yagi)天线那样利用反射器和引向器将能量集中到某一方向，也不像喇叭
前面提到的天线参数都是无源参数，手机不需要加电工作，一般情况下我们要对 手机进行有源测试，并以有源测试数据位准。手机正常工作，与综测仪进行无线 连接。有源指标包含EIRP，EIS，TRP 和TIS 等，特别指出，有源指标与天线无源 指标有很大关系，尤其是EIS 和TIS，与整个手机系统的电磁兼容（EMC）有非常 大的关系。
天线那样能产生特定口径场分布。 手机天线的方向性系数基本在2-3dB数量极，无论怎样刻 意设计，手机天线也不能达到很强的方向性。
增益分为最大增益（peak gain）和平均增益（average gainBiblioteka Baidu。 需要特别指出的是这里的 Peak Gain 是手机最大辐射方向上的增益，一般情况下最大增益 只存在 E1,E2 或 H 面其中的一个面或两个上。
手机天线的基本概念及测试原理
天线设计公司对天线调试完成后，相应都会出具一份测试报告，可以通过报告中 天线参数（测试指标）判断天线性能的优劣，决定是否可以接受当前的天线性能 一份完整的天线测试报告，应该包括无源参数和有源参数。当然根据测试的目的， 一些参数在报告可以不予体现。 1. VSWR 与 Return Loss VSWR 与 Return Loss 是一个非常重要的指标，它是天线调试过程中第一个需要测 试的参数，它的重要性体现在以下两个方面： 1） 直接决定天线的传输效率，间接影响天线的辐射效率：
。 对应，天线也分为三种：线极化天线，圆极化天线和椭圆极化天线 当天线接
收电磁波时，天线的极化特性必须与被接收的电磁波的极化特性一致。否则只能 收到部分能量，甚至完全不能接收。垂直极化波要用垂直极化天线来接收，水平 极化波要用水平极化天线来接收。右旋圆极化波要用右旋圆极化天线来接收，而 左旋圆极化波要用左旋圆极天线来接收。当来波的极化方向与接收天线的极化方 向不一致时，接收到的信号会变小，也就是说，发生极化损失。 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。
反射系数：反射系数是反射波电压（或电流）与入射波电压（或电流）的比值。 反射系数也可以表达为
如果
传输线反射系数Γ 一定不为 0，此时天线输入端的电压与电流均有入射
波与反射波叠加引起，定义电压振幅最大值与振幅最小值的比为电压驻波比
VSWR(Voltage Stand Wave Ratio)：
由上面的公式同样可以看出 VSWR 与反射系数的模 Γ 有一一对应的关系。反射系数Γ既有 幅度又有相位，是一个复数，一般情况下没有特殊说明，都是指幅度。
目前，在内置天线的市场主流中，对于每一位手机用户而言，在通话的时候， 突然中断总是令人生气，而且，如果接收效果不好，用户会感到不快。对于手机 的射频性能来讲，天线的性能极为重要。NOKIA和三星的手机因其自身的ID设计 美观和信号好而得到了广泛的消费市场。主要原因是他们的初期方案中就已经包 含了天线相关的设计。由于外观、主板、结构、天线是作为一个整体，提供给天 线的空间及内部环境十分合理，所以天线性能优越也在情理之中。所以前期手机 厂商和天线厂商之间的协作评估是十分重要的。
2.天线的效率
天线效率是表示能量转换的有效程度，天线的效率定义为天线辐射功率与输入功 率之比：
传输效率等于馈线输送给天线的能量除以输入的能量
现需要指出的是 并不等于天线辐射的能量 ， 因为送给天线的能量 中的一部 分被损耗（包含导体损耗，介质损耗，表面波损耗等等），另外一部分被存储，
只有其中的一部分 通过天线发射出去。
由此得到一个重要的结论，任何天线在整个球面上的平均增益等于辐射效率。下表给出某天线的平均 增益和最大增益值，以做参考：
暗室测的增益方向图：
3.天线效率
对于内置双频、三频天线，一般要求天线辐射效率 下图为暗室测试的天线效率图，可做了解
4.极化
天线的极化方向与天线的位置相关，譬如垂直放置的半波振子极化方向为垂直方 向，而水平放置的半波振子的极化方向则为水平方向。卫星地面接收站天线和基 站天线在工作中其姿态(位置)保持不变，从而可以确定其极化方式，而手机在使 用过程中，天线可能处在任何状态，其极化方向也是不确定。同时由于手机天线 设计的多样性，导致极化方式很难直接确定，虽然手机天线设计对极化方式没有 要求，但在实际应用过程中不会影响电磁波的发射和接收。基站天线的极化方式 多为垂直极化，但电磁波在传输过程中会发生的反射、折射、散射和绕射都会影 响到电磁波的极化方式，到达手机处的电磁波为包含多种极化的多径信号，因此 无论手机处在任何状态，都会接收到来自基站的信号。
4.方向性系数
发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能 之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。为了定量的描述天线方向性的强弱，定 义天线的远区辐射方向上某点的功率密度与辐射功率
相同的无方向性天线在同一点的功率密度之比，为天线的方向性系数D (Directivity)
不同天线都取无方向性天线作为标准进行比较，因而能够比较出不同天线最大辐射的相
反观国内的手机设计，各方面的工程师对天线的认识不足，同时受外形至上 和结构方案的制约，到最后来“配”天线，这与包含天线的整体方案设计有本质 的区别。往往就导致留给天线的面积和高度不足，或天线周围环境复杂（在天线 下面安置喇叭、摄头、振子等元件），造成天线性能下降。实际上，这些我们在 评估阶段双方进行有效沟通，手机ID、结构、射频设计兼顾天线和整体性能的基 础上，是可以创造优质的手机产品的。
VSWR
Return loss
2．增益（Gain）与方向图(Pattern)
增益是一个比较全面衡量天线性能的参数，它等于方向性系数与辐射效率的乘积即：
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。