手機(jī)天線知識(shí)

1、手機(jī)RF設(shè)計(jì)知識(shí)連載 手機(jī)內(nèi)置天線設(shè)計(jì)在手機(jī)制造商中，為什么大家公認(rèn)NOKIA的手機(jī)信號(hào)好呢？為什么大家都認(rèn)為MOTO的手機(jī)信號(hào)好且性能穩(wěn)定呢？主要原因是NOKIA和MOTO等大公司在天線與RF方面的設(shè)計(jì)流程的理念與國(guó)內(nèi)廠商不一樣。像MOTO公司所要主張的那樣，手機(jī)設(shè)計(jì)首先要保證信號(hào)好，即RF性能好；其次要保證音頻性能好，話都聽(tīng)不清打什么電話呢？所以，在他們的初期方案中就包含了與天線相關(guān)的基于外觀、主板、結(jié)構(gòu)等的總體環(huán)境設(shè)計(jì)。由于外觀、主板、結(jié)構(gòu)、天線是作為一個(gè)整體，提供給天線的預(yù)留空間及內(nèi)部的RF環(huán)境十分合理，所以天線性能優(yōu)越也在情理之中。反觀國(guó)內(nèi)的手機(jī)設(shè)計(jì)，負(fù)責(zé)項(xiàng)目管理和主持項(xiàng)目

2、設(shè)計(jì)的人員對(duì)天線的認(rèn)識(shí)不足，同時(shí)受結(jié)構(gòu)方案和外形至上的制約，到最后來(lái)“配”天線，對(duì)天線的調(diào)試匹配占了整個(gè)天線設(shè)計(jì)流程的大部份時(shí)間，這與包含天線的整體方案設(shè)計(jì)有本質(zhì)的區(qū)別，往往就導(dǎo)致留給天線的面積和體積不足，或在天線下面安置喇叭、攝像頭、馬達(dá)、FPC排線等元件，造成天線性能下降。實(shí)際上，如果在方案預(yù)研和總體設(shè)計(jì)階段，讓RF與天線方面的技術(shù)人員有效參與進(jìn)來(lái)，進(jìn)行有效的RF和天線設(shè)計(jì)溝通和評(píng)估，ID、結(jié)構(gòu)、RF設(shè)計(jì)兼顧天線和整體性能，那么設(shè)計(jì)出優(yōu)質(zhì)的手機(jī)產(chǎn)品有什么難的呢？一、內(nèi)置天線對(duì)于手機(jī)整體設(shè)計(jì)的通用要求主板a. 布線 在關(guān)聯(lián)RF的布線時(shí)要注意轉(zhuǎn)彎處運(yùn)用45度角走線或圓弧處理，做好鋪地隔離和走線

3、的特性阻抗仿真。同時(shí)RF地要合理設(shè)計(jì)，RF信號(hào)走線的參考地平面要找對(duì)（六層板目前的大部份以第三層做完整的地參考面），并保證RF信號(hào)走線時(shí)信號(hào)回流路徑最短，并且RF信號(hào)線與地之間的相應(yīng)層沒(méi)有其它走線影響它（主要是方便PCB布線的微帶線阻抗的計(jì)算和仿真）。PCB板和地的邊緣要打“地墻”。從RF模塊引出的天線饋源微帶線，為防止走線阻抗難以控制，減少損耗，不要布在PCB的中間層，設(shè)計(jì)在TOP面為宜，其參考層應(yīng)該是完整地參考面。并且在與屏蔽盒交叉處屏蔽盒要做開(kāi)槽避讓設(shè)計(jì)，以防短路和旁路耦合。天線RF饋電焊盤應(yīng)采用圓角矩形盤，通常尺寸為3×4mm，焊盤含周邊0.8mm的面積下PCB所有層面不布銅

4、。雙饋點(diǎn)時(shí)RF與地焊盤的中心距應(yīng)在45mm之間。b. 布板RF模塊附近避免安置一些零散的非屏蔽元件，屏蔽盒盡量規(guī)整一體，同時(shí)少開(kāi)散熱孔。最忌諱長(zhǎng)條形狀孔槽。含金屬結(jié)構(gòu)的元件，如喇叭、馬達(dá)、攝像頭基板等金屬要盡量接地。對(duì)于折疊和滑蓋機(jī)，應(yīng)避免設(shè)計(jì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的FPC（FPC走線的時(shí)鐘信號(hào)及其倍頻容易成為帶內(nèi)雜散干擾），最好兩面加接地屏蔽層。c. 常見(jiàn)問(wèn)題對(duì)于傳導(dǎo)接收靈敏已經(jīng)滿足要求（或非常優(yōu)秀）但整機(jī)接收靈敏度差的情況，特別是PIFA天線，其輻射體的面積和形式還是對(duì)輻射接收靈敏度有一定的影響，可以在天線方面做改進(jìn)。整機(jī)雜散問(wèn)題原因在于天線的空間輻射被主板的金屬元件（包括機(jī)殼上天線附近的金屬成分裝飾件

5、）耦合吸收后產(chǎn)生一定量的二次輻射，頻率與金屬件的尺寸關(guān)聯(lián)。因此要求此類元件有良好的接地，消除或降低二次輻射。整機(jī)雜散問(wèn)題還與天線與RF模塊之間的諧振匹配電路有關(guān)，如果諧振匹配電路的穩(wěn)定性不好，很容易激發(fā)產(chǎn)生高次諧波的干擾。機(jī)殼的設(shè)計(jì)由于手機(jī)內(nèi)置天線對(duì)其附近的介質(zhì)比較敏感，因此，外殼的設(shè)計(jì)和天線性能有密切關(guān)系。外殼的表面噴涂材料不能含有金屬成分，殼體靠近天線的周圍不要設(shè)計(jì)任何金屬裝飾件或電鍍件。若有需要，應(yīng)采用非金屬工藝實(shí)現(xiàn)。機(jī)殼內(nèi)側(cè)的導(dǎo)電噴涂，應(yīng)止于距天線20mm處。對(duì)于純金屬的電池后蓋，應(yīng)距天線20mm以上。如采用單極（monopole）天線，面板禁用金屬類殼體及環(huán)狀金屬裝飾。電池（含電連接

6、座）與天線的距離應(yīng)設(shè)計(jì)在5mm以上。二、手機(jī)內(nèi)置天線的分類1. PIFA皮法天線a. 天線結(jié)構(gòu)輻射體面積550600mm2，與PCB主板TOP面的距離（高度）67mm。天線與主板有兩個(gè)饋電點(diǎn)，一個(gè)是天線模塊輸出，另一個(gè)是RF地。天線的位置在手機(jī)頂部。PIFA皮法天線如按要求設(shè)計(jì)環(huán)境結(jié)構(gòu)，電性能相當(dāng)優(yōu)越，包括SAR指標(biāo)，是內(nèi)置天線首選方案。適用于有一定厚度手機(jī)產(chǎn)品，折疊、滑蓋、旋蓋、直板機(jī)。b. 主板天線投影區(qū)域內(nèi)有完整的鋪地，同時(shí)不要天線側(cè)安排元器件，特別是馬達(dá)、SPEAKER、RECEIVER、FPC排線、LDO等較大金屬結(jié)構(gòu)的元件和低頻驅(qū)動(dòng)器件。它們對(duì)天線的電性性能有很大的負(fù)面影響.c.天

7、線的饋源位置和間距一般建議設(shè)計(jì)在左上方或右上方；間距在45mm之間。2. PIFA天線的幾種結(jié)構(gòu)方式a.支架式天線由塑膠支架和金屬片（輻射體）組成。金屬片與塑膠支架采用熱熔方式固定。塑膠常用ABS或PC材料，金屬常用鈹銅、磷銅、不銹鋼片。也可用FPC，但主板上要加兩個(gè)PIN，這兩項(xiàng)的成本稍高。b. 貼附式直接將金屬片（輻射體）貼附在手機(jī)背殼上。固定方式一般用熱熔結(jié)構(gòu)。也有用背膠方式的，由于結(jié)構(gòu)不很穩(wěn)定，很少采用。FPC也如此。 3. MONOPOLE單極天線a. 天線結(jié)構(gòu)輻射體面積300350mm2，與PCB主板TOP面的距離（高度）34mm，天線輻射體與PCB的相對(duì)距離應(yīng)大于2mm

8、以上。天線與主板只有一個(gè)饋電點(diǎn)，是模塊輸出。天線的位置在手機(jī)頂部或底部。MONOPOLE單極天線如按要求設(shè)計(jì)環(huán)境結(jié)構(gòu)，電性能可達(dá)到較高的水平。缺點(diǎn)是SAR稍高。不適用折疊、滑蓋機(jī)，在直板機(jī)和超薄直板機(jī)上有優(yōu)勢(shì)。b. 主板天線投影區(qū)域不能有鋪地，或無(wú)PCB，同時(shí)也不要安排馬達(dá)、SPEAKER、RECEIVER等較大金屬結(jié)構(gòu)的元件。由于單極天線的電性能對(duì)金屬特別敏感，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。c. 天線的饋源位置饋電點(diǎn)的位置與PIFA方式有區(qū)別。一般建議設(shè)計(jì)在天線的四個(gè)角上。4. MONOPOLE單極天線的幾種結(jié)構(gòu)方式a. 與PIFA天線相同，有支架式、貼附式。b. PCB式MONOPOLE單極天線的輻射體采

9、用PCB板，與主板的饋電有簧片和PIN方式，熱熔在塑膠支架上。還可以在機(jī)殼上做定位卡勾安裝。c. 特殊結(jié)構(gòu)天線設(shè)計(jì)在手機(jī)頂部立面（厚度）上，用金屬絲成型，如MOTO的V3、V8超薄系列，他們?yōu)樘炀€設(shè)計(jì)的金屬空白區(qū)域很大，實(shí)際上這是屬于天線的一部分。國(guó)內(nèi)仿制失敗的原因是沒(méi)有給這個(gè)金屬空白區(qū)域。這種形式環(huán)境設(shè)計(jì)和天線設(shè)計(jì)均有難度，需慎重選擇。另一種是稱為“假內(nèi)置”的形式，相當(dāng)于將外置天線移到機(jī)內(nèi)，體積很小，用PCB或陶瓷材料制成。這種天線帶寬、輻射性能較差、成本高，不建議采用。三、手機(jī)內(nèi)置天線形式比較這里簡(jiǎn)單比較一下兩種主流PIFA皮法和MONOPOLE單極天線，以及分別適用的機(jī)型結(jié)構(gòu)： 

10、0;     有效面積mm2 距主板mm 天線投影下方 天線饋源 天線體積 電性能 SAR皮法 600 7 有地 2 大 很好 低單極 350 4 無(wú)地 1 小 好 稍高折疊機(jī) 滑蓋機(jī) 旋蓋機(jī) 直板機(jī) 超薄折疊機(jī) 超薄直板機(jī) 皮法 適用 適用 適用 適用 不適用 不適用 單極 不適用 不適用 不適用 適用 適用定制 適用四、很多情況下，手機(jī)設(shè)計(jì)公司因?yàn)槟骋豢顧C(jī)型的天線性能未達(dá)標(biāo)，而被迫更換天線公司，結(jié)果也未盡人意，項(xiàng)目進(jìn)程延遲。但此時(shí)的造型、機(jī)殼模具、主板可變化的空間很小，最終勉強(qiáng)上市，或推翻該方案，造成很大的損失。因此，建議在手機(jī)方案設(shè)計(jì)時(shí)，尤其在產(chǎn)品造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段讓天線工程師參