手机天线基础知识

• Use all space you have: BIG size is beautiful when concerning antenna’s performance • （使用尽可能多的空间： 对于天线的性能 来讲， 尺寸越大越好。）
Rule No. 2 （规则 2）
Rule No. 3 （规则 3）
Rule No. 6 （规则 6）
• Locate feeding and short circuiting pads near the edge of the ground plane (phone’s PCB). For spring contacts the distance between bending point and PCB-pad should be 4…5 mm. • （把馈点和短接电路点接近于接地片的边缘（手机的
天线在上端（二）
对于以上问题，在天线设计中注意的事项： （1）保证天线的空间，尤其是天线的高度。 （2）天线开口尽量开在上边和边上，这样有 利于低频功率的有效辐射。 （3）FPC要保持足够好的接地状态。 （4）导轨要预留足够多的接地点。
天线在下端
• 天线设计形式可以为PIFA或者MONOPOLE。 • PIFA要求天线空间比较大，所以MONOPOLE 用的比较多。 • 滑轨需要充分接地。 • FPC需要有良好的接地。 • SAR会比较小，但人体对性能的影响比较大。 • 此种结构的天线总体性能比较好。
电磁波
• 电磁波通常指的就是无线电波,它是以光的 速度传播. • V=λ*f (v: 速度, λ: 波长 f: 频率) 例如: 900Mhz 的波长: λ= V/F =3*10^8/9*10^8=0.33m=33cm
介质
• 介电常数εr>=1.真空的介电常数为1. • 介电常数越大,波长就越短. • 选择高介电常数的介质可以减小天线的空 间. 但是会造成带宽比较窄,能量储存在介质 中,不利于能量的有效辐射.
PCB板），对于弹簧片接触来说，弯折点和PCB焊点的 距离应为4…5毫米）
Rule No. 7 （规则 7）
• Don’t “shield” pads or try to minimize shielding • （不要屏蔽焊点或是试图减少遮护板）
Rule No. 8 （规则 8）
• Let the radiator’s edges “see” free edge of ground plane as much as possible, maybe even reach over the ground plane’s edge • （发射片的边缘尽可能接近接地片的边缘，甚至发射片
翻盖手机天线位置的放置（三）
位置3的优点： • 射频线容易走线。 • 没有其他传输线外的损耗。 • 合盖时候性能较好。 • SAR比较小。 位置3的缺点： • 手的影响比较大。 • 打开时低频的性能比较差，需要 在转轴处做处理。
手机评估要求
直板机PIFA天线的评估
• 直板机PIFA天线一般布局在上端，受人体影响小。SAR值一般能满足美 标（1.6W/kg）或 欧标（2.0W/kg）。 • PIFA天线实现双高频（如1800&1900）或更多频段须采用短路寄生方式， 最简单也最有效。馈点放中间，短路点放两边，同时PAD最好能横排放 置，不要竖排放置。考虑到短路寄生的效果，支架上的一些开孔（如 测试Connector、Camera、Speaker等）要距离馈点10mm. • PIFA天线下方常有较多的器件：Speaker和Receiver的影响可以通过串 联电感的方式来降低，元件位置尽量靠近引线PAD；Camera影响不大， 忽略不计；天线尽量不要在马达上方布线，避免降低效率；SIM卡座部 放到天线下方有可能影响到天线灵敏度。 • 考虑到手机厚度的问题，部分PIFA天线通过镂空主板地，PCB板下方连 接金属片作为参考地的方式来满足PIFA天线高度要求。这种设计需注 意两个问题：一是天线到实际主板的高度不能太低，最好在4mm以上， 否则带宽和性能都会受到极大影响；二是作为参考地的金属片与主板 地要充分连接，尽量多处连接，连接处的宽度在3mm以上。
如何设计一个好的内置天线
PIFA
• • • • • • • • short circuited <=> /4 resonator <=> compact structure （短接电路 <=> /4 谐振片<=>紧凑的结构） omnidirectional in horizontal plane （水平面的全方向性） co- and crosspolarisations （同向和交叉极化） Multiresonant （多谐的）
• 天线会越来越多.(BT,FM,WIFI,AM, RFID,WIMAX,DVB等) • 测试的项目会越来越多 (TRP,TIS,EMC,ESD,EMI等) • SAR 和HAC的测试会越来越普及. • 测试标准---CTIA.
G pattern
• 典型的形状如下:
手机天线设计要领
How to design a GOOD internal antenna?
Rule No. 10 (规则 10)
• Let the space between radiator and ground plane be filled with air as much as possible, in other words use as little support material as possible • （使发射片和接地片之间的空间尽可能多地被空气填 充，即使用尽可能少的支撑物。）
GAIN,EFF,Directivity
• GAIN: 天线的增益,一般用dB来表示. • Directivity: 天线的方向性. • G=EFF*D
TRP,EIRP,TIS,EIS
• • • • TRP: Total Radiated Power. EIRP: Effective isotropic Radiated Power TIS: Total Isotropic Sensitivity EIS: Effective Isotropic Sensitivity.
直板机Monopole天线的评估
• 直板机Monopole天线分为上端和下端两种布局。天线所需空间相同。 需注意的是，测试Connector和匹配经常占用主板镂空区域，如果占用 过多，则容易降低带宽和性能。建议测试Connector和匹配的地到天线 竖直面最少5mm以上。 • Monopole天线放在上端，SAR容易超标，同时周围的Receiver和 Speaker容易造成干扰，须串联电感改善。无论是PIFA还是Monopole天 线，放在手机上端都容易受到LCD干扰，可以通过用金属框包裹LCD的 方式来改善，有时LCD背面与主板地充分连接也可以降低干扰。 • Monopole天线放在下端可以有效的降低SAR值，但容易受人体影响， MIC和馈点要放在主板两侧，保持最远。MIC如有干扰，也可通过串联 电感的方式来改善。 • Monopole天线位于下端，键盘板也需要镂空同样的范围，按键可以保 留，但镂空区域内按键之间的连线要尽量少，特别是电源线。键盘本 身有时也会对天线产生干扰，要保证键盘板与主板地之间的充分连接。
翻盖机和滑Байду номын сангаас机天线设计总结
滑盖机天线位置的放置
• 滑盖机天线位置一般为PCB的上端或下端。 • 天线尽量露出PCB一些，以利于天线的辐射。
• 天线应该尽量避免放在PCB的中间。
天线在上端（一）
天线放在PCB上端时，常出现的问题： （1）天线通常使用PIFA天线。? （2）手机处于打开状态时，低频功率不能有 效辐射出去。 （3）在合盖状态，低频功率由于受到板长不 够的影响而不是很好。 （4）滑轨的影响很大（通常需要尝试不同地 方的接地点） 。 （5）滑轨FPC对天线性能的影响比较大。
Number ONE rule (首要规则)
• When designing any kind of small antenna for the mobile phone, it’s important to start designing the antenna TOGETHER with the antenna manufacturer in very early state to achieve the best possible performance, and when concerning internal antennas this is even MORE important • （在设计任何种类的移动电话天线时，为了得到 尽可能最好的性能，和天线制造商在最初阶段一 起开始设计天线是很重要的，这对于内置天线来 说尤为重要。）
Return Loss 和VSWR
• RTL=10log(Pout/Pin)=10logГ^2 • VSWR=(1+Г)/(1-Г) (Г为反射系数) 例如: VSWR=3, Г=0.5, RTL=10logГ^2=-6.
RTL 和VSWR 对应表
天线效率
• 天线效率是指有效输出功率和输入功率的 比值. • Eff=Pr/Pt. (Pr 是辐射功率,Pt是总的输入功 率)
• Also the length of the chassis has a remarkable effect on the performance of the antenna • 手机的长度对于天线的性能有着显著的影响
Rule No. 5 （规则 5）
• Keep ALL metals as far as possible from the antenna, at least as far as ground plane is • （所有的金属应尽可能的远离天线，至少象接地 片一样远。）
天线基础知识
什么是天线?
• 天线是用来接收发射电磁波的设备. • 它工作在一个相对比较窄的频段范围内.
• • • • • • 900频段 880M-960M 1800频段1710M-1880M 850频段 824M-894M 1900频段1850M-1990M CDMA800 824M-894M WCDMA 1920-1980MHz/2110-2170MHz TD-SCDMA 1880-1920MHz、2010-2025MHz 2300-2400MHz
SAR
• • • • • SAR: Specific Absorption Rate SAR是用来测量有多少能量被人体组织吸收. 是用一种特定的系统来测量.(DASY 3,DASY4) 一般是是以1g或10g的大小为单位来测量. 欧洲对SAR的要求是2.0W/KG,美洲为 1.6W/KG.
功能测试的趋势和标准
可以超出接地片的边缘）
Rule No. 9 （规则 9）
• All metals of the chassis have to be properly grounded to avoid power losses and additional nonradiating resonances. Pay special attention to RFgaskets. • （手机的所有金属必须正确的接地，避免能量损失， 和附加的不辐射的谐振。关注射频垫圈。）
翻盖机天线放置的位置（一）
天线放置位置1的优点： • 手的影响比较小。 天线放置位置1的缺点： • 需要的射频线比较长，所以损 耗比较大。 • 射频线很难有良好的接地。 • 成本比较高。
翻盖手机天线位置的放置（二）
位置2的优点： • 射频线容易走线，且成本相对 较低。 • 没有其他传输线外的损耗。 位置2的缺点： • 手指的影响比较大。 • MONOPOLE结构的天线，在合 盖的时候性能相对较差。
• Pay special attention to antenna’s height (distance between radiator and ground) <=> BANDWIDTH! • （请密切注意天线的高度（发射片和接地 片的距离） <=> 带宽）
Rule No. 4 （规则 4）