手機天線知識

1、手機RF設計知識連載 手機內(nèi)置天線設計在手機制造商中，為什么大家公認NOKIA的手機信號好呢？為什么大家都認為MOTO的手機信號好且性能穩(wěn)定呢？主要原因是NOKIA和MOTO等大公司在天線與RF方面的設計流程的理念與國內(nèi)廠商不一樣。像MOTO公司所要主張的那樣，手機設計首先要保證信號好，即RF性能好；其次要保證音頻性能好，話都聽不清打什么電話呢？所以，在他們的初期方案中就包含了與天線相關的基于外觀、主板、結構等的總體環(huán)境設計。由于外觀、主板、結構、天線是作為一個整體，提供給天線的預留空間及內(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。反觀國內(nèi)的手機設計，負責項目管理和主持項目

2、設計的人員對天線的認識不足，同時受結構方案和外形至上的制約，到最后來“配”天線，對天線的調(diào)試匹配占了整個天線設計流程的大部份時間，這與包含天線的整體方案設計有本質(zhì)的區(qū)別，往往就導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、FPC排線等元件，造成天線性能下降。實際上，如果在方案預研和總體設計階段，讓RF與天線方面的技術人員有效參與進來，進行有效的RF和天線設計溝通和評估，ID、結構、RF設計兼顧天線和整體性能，那么設計出優(yōu)質(zhì)的手機產(chǎn)品有什么難的呢？一、內(nèi)置天線對于手機整體設計的通用要求主板a. 布線 在關聯(lián)RF的布線時要注意轉彎處運用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RF地要合理設計，RF信號走線的參考地平面要找對（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信號走線時信號回流路徑最短，并且RF信號線與地之間的相應層沒有其它走線影響它（主要是方便PCB布線的微帶線阻抗的計算和仿真）。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，設計在TOP面為宜，其參考層應該是完整地參考面。并且在與屏蔽盒交叉處屏蔽盒要做開槽避讓設計，以防短路和旁路耦合。天線RF饋電焊盤應采用圓角矩形盤，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、。雙饋點時RF與地焊盤的中心距應在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，同時少開散熱孔。最忌諱長條形狀孔槽。含金屬結構的元件，如喇叭、馬達、攝像頭基板等金屬要盡量接地。對于折疊和滑蓋機，應避免設計長度較長的FPC（FPC走線的時鐘信號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. 常見問題對于傳導接收靈敏已經(jīng)滿足要求（或非常優(yōu)秀）但整機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輻射接收靈敏度有一定的影響，可以在天線方面做改進。整機雜散問題原因在于天線的空間輻射被主板的金屬元件（包括機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。整機雜散問題還與天線與RF模塊之間的諧振匹配電路有關，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。機殼的設計由于手機內(nèi)置天線對其附近的介質(zhì)比較敏感，因此，外殼的設計和天線性能有密切關系。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計任何金屬裝飾件或電鍍件。若有需要，應采用非金屬工藝實現(xiàn)。機殼內(nèi)側的導電噴涂，應止于距天線20mm處。對于純金屬的電池后蓋，應距天線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）與天線的距離應設計在5mm以上。二、手機內(nèi)置天線的分類1. PIFA皮法天線a. 天線結構輻射體面積550600mm2，與PCB主板TOP面的距離（高度）67mm。天線與主板有兩個饋電點，一個是天線模塊輸出，另一個是RF地。天線的位置在手機頂部。PIFA皮法天線如按要求設計環(huán)境結構，電性能相當優(yōu)越，包括SAR指標，是內(nèi)置天線首選方案。適用于有一定厚度手機產(chǎn)品，折疊、滑蓋、旋蓋、直板機。b. 主板天線投影區(qū)域內(nèi)有完整的鋪地，同時不要天線側安排元器件，特別是馬達、SPEAKER、RECEIVER、FPC排線、LDO等較大金屬結構的元件和低頻驅(qū)動器件。它們對天線的電性性能有很大的負面影響.c.天

7、線的饋源位置和間距一般建議設計在左上方或右上方；間距在45mm之間。2. PIFA天線的幾種結構方式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PIN，這兩項的成本稍高。b. 貼附式直接將金屬片（輻射體）貼附在手機背殼上。固定方式一般用熱熔結構。也有用背膠方式的，由于結構不很穩(wěn)定，很少采用。FPC也如此。 3. MONOPOLE單極天線a. 天線結構輻射體面積300350mm2，與PCB主板TOP面的距離（高度）34mm，天線輻射體與PCB的相對距離應大于2mm

8、以上。天線與主板只有一個饋電點，是模塊輸出。天線的位置在手機頂部或底部。MONOPOLE單極天線如按要求設計環(huán)境結構，電性能可達到較高的水平。缺點是SAR稍高。不適用折疊、滑蓋機，在直板機和超薄直板機上有優(yōu)勢。b. 主板天線投影區(qū)域不能有鋪地，或無PCB，同時也不要安排馬達、SPEAKER、RECEIVER等較大金屬結構的元件。由于單極天線的電性能對金屬特別敏感，甚至無法實現(xiàn)。c. 天線的饋源位置饋電點的位置與PIFA方式有區(qū)別。一般建議設計在天線的四個角上。4. MONOPOLE單極天線的幾種結構方式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。還可以在機殼上做定位卡勾安裝。c. 特殊結構天線設計在手機頂部立面（厚度）上，用金屬絲成型，如MOTO的V3、V8超薄系列，他們?yōu)樘炀€設計的金屬空白區(qū)域很大，實際上這是屬于天線的一部分。國內(nèi)仿制失敗的原因是沒有給這個金屬空白區(qū)域。這種形式環(huán)境設計和天線設計均有難度，需慎重選擇。另一種是稱為“假內(nèi)置”的形式，相當于將外置天線移到機內(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、手機內(nèi)置天線形式比較這里簡單比較一下兩種主流PIFA皮法和MONOPOLE單極天線，以及分別適用的機型結構： 

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 無地 1 小 好 稍高折疊機 滑蓋機 旋蓋機 直板機 超薄折疊機 超薄直板機 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，手機設計公司因為某一款機型的天線性能未達標，而被迫更換天線公司，結果也未盡人意，項目進程延遲。但此時的造型、機殼模具、主板可變化的空間很小，最終勉強上市，或推翻該方案，造成很大的損失。因此，建議在手機方案設計時，尤其在產(chǎn)品造型和結構設計階段讓天線工程師參