手機內(nèi)置天線知識-100223

1、手機內(nèi)置天線知識講座天線簡介1 天線 1.1 天線的作用與地位 無線電發(fā)射機輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點后，由天線接下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機?？梢?，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個重要的無線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無線電通信。 天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求等不同情況下使用。 對于眾多品種的天線，進行適當?shù)姆诸愂潜匾模喊从猛痉诸悾煞譃橥ㄐ盘炀€、電視天線、雷達天線等；按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等；按外

2、形分類，可分為線狀天線、面狀天線等；等等分類。 手機內(nèi)置天線概況在手機射頻器件中，天線屬于無源器件，它在手機系統(tǒng)中非常重要，主要是基于以下兩個原因，第一是因為天線位于整個手機電路的最前端，它的性能在很大程度上決定了整機的性能，非常重要；第二是由于天線是整個手機電路中唯一需要“量身定做”的器件，不像其他 IC 都是統(tǒng)一的，天線是手機中比較特殊的電子/結(jié)構(gòu)件。 目前，在內(nèi)置天線的市場主流中，對于每一位手機用戶而言，在通話的時候，突然中斷總是令人生氣，而且，如果接收效果不好，用戶會感到不快。對于手機的射頻性能來講，天線的性能極為重要。NOKIA和三星的手機因其自身的ID設(shè)計美觀和信號好而得到了廣泛的

3、消費市場。主要原因是他們的初期方案中就已經(jīng)包含了天線相關(guān)的設(shè)計。由于外觀、主板、結(jié)構(gòu)、天線是作為一個整體，提供給天線的空間及內(nèi)部環(huán)境十分合理，所以天線性能優(yōu)越也在情理之中。所以前期手機廠商和天線廠商之間的協(xié)作評估是十分重要的。 反觀國內(nèi)的手機設(shè)計，各方面的工程師對天線的認識不足，同時受外形至上和結(jié)構(gòu)方案的制約，到最后來“配”天線，這與包含天線的整體方案設(shè)計有本質(zhì)的區(qū)別。往往就導(dǎo)致留給天線的面積和高度不足，或天線周圍環(huán)境復(fù)雜（在天線下面安置喇叭、攝頭、振子等元件），造成天線性能下降。實際上，這些我們在評估階段雙方進行有效溝通，手機ID、結(jié)構(gòu)、射頻設(shè)計兼顧天線和整體性能的基礎(chǔ)上，是可以創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的手

4、機產(chǎn)品的。天線的基本概念天線是無線移動通信系統(tǒng)中必需的器件，既可以將微波傳輸線上導(dǎo)行波的電磁能量以電磁波的形式發(fā)射出去，也可以將外部電磁波轉(zhuǎn)化為饋線的導(dǎo)行波輸送給接收機。從本質(zhì)上講，天線是一種換能/轉(zhuǎn)換裝置，它是外部空間電波/電磁場與內(nèi)部電路聯(lián)系的橋梁和紐帶，沒有天線也就沒有無線通信。 天線的電參數(shù)，電參數(shù)是衡量天線性能的尺度。如駐波比(VSWR), 方向性系數(shù)（Directivity）和增益(Gain)等等，天線的這些電參數(shù)將會直接決定和影響整個系統(tǒng)的性能指標，對于手機而言，會影響手機的 TRP(Total Radiation Power)，TIS(Total Isotropic Sensi

5、tivity)等等。1. 反射系數(shù)，駐波比(VSWR)與回波損耗(Return loss) 天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波。匹配的優(yōu)劣一般用四個參數(shù)來衡量即反射系數(shù)，行波系數(shù)，駐波比和回波損耗，四個參數(shù)之間有固定的數(shù)值關(guān)系，使用哪一個純屬于個人習(xí)慣。在我們?nèi)粘＞S護中，用的較多的是駐波比和回波損耗。 反射系數(shù)：反射系數(shù)是反射波電壓（或電流）與入射波電壓（或電流）的比值。反射系數(shù)也可以表達為 如果 傳輸線反射系數(shù) 一定不為 0，此時天線輸入端的電壓與電流均有入射波與反射波疊加引起，定義電壓振幅最大值與振幅最小值的比為電

6、壓駐波比VSWR(Voltage Stand Wave Ratio)： 由上面的公式同樣可以看出 VSWR 與反射系數(shù)的模 有一一對應(yīng)的關(guān)系。反射系數(shù)既有幅度又有相位，是一個復(fù)數(shù)，一般情況下沒有特殊說明，都是指幅度。符合能量守恒定律，發(fā)射波的能量不會大于入射波。由于反射系數(shù)使用不太方便，人們引入另外一個量，反射損耗(Return Loss)： 反射系數(shù) ，VSWR 與 Return Loss，是用來衡量天線匹配優(yōu)劣的三個參量，三個參數(shù)之間有固定的數(shù)值關(guān)系，使用哪一個純屬于個人習(xí)慣。在天線測試報告中，用的較多的是駐波比和回波損耗。 2.天線的效率天線效率是表示能量轉(zhuǎn)換的有效程度，天線的效率定義為

7、天線輻射功率與輸入功率之比：傳輸效率等于饋線輸送給天線的能量除以輸入的能量現(xiàn)需要指出的是 并不等于天線輻射的能量 ， 因為送給天線的能量 中的一部分被損耗（包含導(dǎo)體損耗，介質(zhì)損耗，表面波損耗等等），另外一部分被存儲，只有其中的一部分 通過天線發(fā)射出去。3.天線的極化天線向周圍空間輻射電磁波，電磁波由電場和磁場構(gòu)成。電磁波的極化是指天線在最大輻射方向上電場矢量隨時間的變化方向。當電場強度變化方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當電場強度變化方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。根據(jù)電場矢量的端點軌跡形狀，電磁波的極化分為三種：線極化，圓極化，和橢圓極化，其中線極化又分為垂直線極化和水平

8、線極化，圓極化分為左旋圓極化與右旋圓極化，橢圓極化分為左旋橢圓極化與右旋橢圓極化。與此相對應(yīng)，天線也分為三種：線極化天線，圓極化天線和橢圓極化天線。當天線接收電磁波時，天線的極化特性必須與被接收的電磁波的極化特性一致。否則只能收到部分能量，甚至完全不能接收。垂直極化波要用垂直極化天線來接收，水平極化波要用水平極化天線來接收。右旋圓極化波要用右旋圓極化天線來接收，而左旋圓極化波要用左旋圓極天線來接收。當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，接收到的信號會變小，也就是說，發(fā)生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極化損失-只能接收到

9、來波的一半能量。當接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，例如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來波時，天線就完全接收不到來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離。 4.方向性系數(shù)發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。為了定量的描述天線方向性的強弱，定義天線的遠區(qū)輻射方向上某點的功率密度與輻射功率相同的無方向性天線在同一點的功率密度之比，為天線的方向性系數(shù)D (Directivity)不同天線都取無方向性天線作為標準進行比較，因而能夠比較出不同天線最大輻射的相對大

10、小。 根據(jù)方向性系數(shù)的定義以及上面的例子，可以得到以下結(jié)論：（1） 方向性是與輸入功率、輸出功率無關(guān)的一個參數(shù)，因此也與天線的效率無關(guān)，它僅僅描述了天線輻射的功率密度在空間相對的分布情況；（2） 在輻射功率相同的情況下，有方向性天線在最大輻射方向上的功率密度是無方向性天線的D 倍. 但是增加的這部分功率密度也不是憑空而來，而是天線把其他方向上的輻射功率都加強到此方向上的緣故.方向性系數(shù)也可以用dB 表示，對稱振子的方向性系數(shù)為：5.頻帶寬度天線的所有電參數(shù)都和工作頻率有關(guān)，任何天線的工作頻率都有一定的工作范圍，當工作頻率偏離中心頻率時f。時，天線的電參數(shù)變差，其變差的容許程度取決于天線設(shè)備系統(tǒng)

11、的特性要求。當工作頻率變化時，天線的有關(guān)電參數(shù)變化的程度在允許的范圍之內(nèi)，此時對應(yīng)的頻率范圍成為頻帶寬度。工程上常以通頻帶與中心頻率的比值作為相對帶寬。天線帶寬主要決定于天線型式和結(jié)構(gòu)。當頻率變動時，天線、饋線之間的阻抗不匹配會引起饋線上駐波系數(shù)增大。若規(guī)定容許駐波系數(shù)變化極限，便可確定天線的帶寬。對一般線天線，如規(guī)定駐波系數(shù)為1.52時，其相對帶寬約為百分之幾；天線帶寬可以通過多種技術(shù)增大，如使用較粗的金屬線，使用金屬“網(wǎng)籠”來近似更粗的金屬線。對于粗天線，帶寬可達百分之幾十。 手機天線的基本概念及測試原理天線設(shè)計公司對天線調(diào)試完成后，相應(yīng)都會出具一份測試報告，可以通過報告中天線參數(shù)（測試指

12、標）判斷天線性能的優(yōu)劣，決定是否可以接受當前的天線性能一份完整的天線測試報告，應(yīng)該包括無源參數(shù)和有源參數(shù)。當然根據(jù)測試的目的，一些參數(shù)在報告可以不予體現(xiàn)。1. VSWR 與 Return Loss VSWR 與 Return Loss 是一個非常重要的指標，它是天線調(diào)試過程中第一個需要測試的參數(shù)，它的重要性體現(xiàn)在以下兩個方面： 1） 直接決定天線的傳輸效率，間接影響天線的輻射效率： 2） 直接決定導(dǎo)行波反射能量的大小，潛在影響 PA 的壽命： 在 PA 的 Spec 中都有一個參數(shù) Load Pull，它允許 PA 在一定的負載失配情況下可以正常工作，盡管如此，如果 VSWR 太大，從而導(dǎo)致反

13、射能量太大，這一部分能量必然會重新返回 PA。由于導(dǎo)行波的反射而導(dǎo)致的能量損耗為 （ 符合能量守恒定律，反射和傳輸部分之和為1），如果 PA 長期工作在這種不匹配狀態(tài)，必然會縮短PA 的壽命。下表 給出 VSWR，Return Loss，Reflection Coefficient 與天線傳輸效率 之間的關(guān)系，。VSWR 只反映了傳輸給天線那部分能量的大小，至于這部分能量中又有多少能量(輻射效率)集中輻射到哪個方向(增益 Gain)，則需要根據(jù)其他天線參數(shù)來判斷。VSWRReturn loss 增益是一個比較全面衡量天線性能的參數(shù)，它等于方向性系數(shù)與輻射效率的乘積即： Gain(dBi)：在相

14、同的輸入功率下，天線在空間某點的輻射功率與理想無方向性點源天線在同一點的功率的比值，該增益單位為dBi，手機天線廠家提供的天線測試報告中的增益一般以dBi 為單位。 Gain(dBd)：在相同的輸入功率下，天線在空間某點的輻射功率與理想半波偶極子天線最大輻射方向上功率的比值，該增益的單位為dBd。特別指出，幾乎所有的手機天線都是一種弱方向天線，因為手機天線狹小的空間導(dǎo)致既不能像八木宇田(Uda-Yagi)天線那樣利用反射器和引向器將能量集中到某一方向，也不像喇叭天線那樣能產(chǎn)生特定口徑場分布。 手機天線的方向性系數(shù)基本在2-3dB數(shù)量極，無論怎樣刻意設(shè)計，手機天線也不能達到很強的方向性。 增益分

15、為最大增益（peak gain）和平均增益（average gain）。需要特別指出的是這里的 Peak Gain 是手機最大輻射方向上的增益，一般情況下最大增益只存在 E1,E2 或 H 面其中的一個面或兩個上。2增益（Gain）與方向圖(Pattern) 由此得到一個重要的結(jié)論，任何天線在整個球面上的平均增益等于輻射效率。下表給出某天線的平均增益和最大增益值，以做參考：暗室測的增益方向圖：3.天線效率對于內(nèi)置雙頻、三頻天線，一般要求天線輻射效率 下圖為暗室測試的天線效率圖，可做了解4.極化天線的極化方向與天線的位置相關(guān)，譬如垂直放置的半波振子極化方向為垂直方向，而水平放置的半波振子的極化方

16、向則為水平方向。衛(wèi)星地面接收站天線和基站天線在工作中其姿態(tài)(位置)保持不變，從而可以確定其極化方式，而手機在使用過程中，天線可能處在任何狀態(tài)，其極化方向也是不確定。同時由于手機天線設(shè)計的多樣性，導(dǎo)致極化方式很難直接確定，雖然手機天線設(shè)計對極化方式?jīng)]有要求，但在實際應(yīng)用過程中不會影響電磁波的發(fā)射和接收?；咎炀€的極化方式多為垂直極化，但電磁波在傳輸過程中會發(fā)生的反射、折射、散射和繞射都會影響到電磁波的極化方式，到達手機處的電磁波為包含多種極化的多徑信號，因此無論手機處在任何狀態(tài)，都會接收到來自基站的信號。前面提到的天線參數(shù)都是無源參數(shù)，手機不需要加電工作，一般情況下我們要對手機進行有源測試，并以

17、有源測試數(shù)據(jù)位準。手機正常工作，與綜測儀進行無線連接。有源指標包含EIRP，EIS，TRP 和TIS 等，特別指出，有源指標與天線無源指標有很大關(guān)系，尤其是EIS 和TIS，與整個手機系統(tǒng)的電磁兼容（EMC）有非常大的關(guān)系。5.等效全向輻射功率(EIRP: Effective Isotropic Radiation Power)和等效全向靈敏度(EIS: Effective Isotropic Sensitivity)該參量定義為天線的輸入功率和增益的乘積，一個輸入功率為2W(33dBm)，在某方向增益為.0.5dB的天線，他的EIRP為20.5=1W如果天線最大增益為-2dB，則相對應(yīng)的最大

18、輻射方向的EIRP為 靈敏度（Sensitivity）是衡量接收機性能的一個重要指標，它是在滿足一定誤比特率條件下，接收機所能接收到的最小信號的強度。靈敏度分為傳導(dǎo)靈敏度(Conducted Sensitivity和無線靈敏度（Wireless Sensitivity），前者通過RF Cable直接與手機電路上的Switch CoaxialConnector相連接，后者通過天線與手機無線連接。等效全向靈敏度EIS 為無線測試條件下某一接收方向上的靈敏度:S 是傳導(dǎo)靈敏度， NF a 是等效噪聲系數(shù)，G 是天線的增益.如果手機天線靈敏度比較差，可以通過以下方法確認是否由于天線性能差引起的。（1）

19、可以通過天線的無源指標，VSWR，Gain，effenciency來判斷。如果以上數(shù)據(jù)還好，基本可以判斷天線性能良好，排除天線的這個因素。（2）可以通過RX level來判斷。如果回報值比較高，但是EIS比較差，那就是手機系統(tǒng)存在干擾。從公式上看的話，就是等效噪聲系數(shù) 太大。 天線在接收有用信號的同時，必然會接收到雜散和干擾信號，降低接收系統(tǒng)的靈敏度。 為絕對參考溫度，它針對高斯白噪聲功率， 則為天線的等效噪聲溫度，它對應(yīng)進入接收機的雜散和干擾功率。天線等效噪聲溫度不是天線的溫度而是對被天線接收到的噪聲功率的一種度量。手機天線的噪聲指手機系統(tǒng)產(chǎn)生的雜散和干擾，這種干擾往往會惡化系統(tǒng)性能。手機電

20、路中的高速數(shù)據(jù)線，低位的地址線，電源線如果處理不當，都會導(dǎo)致EMC 問題的出現(xiàn)。（例如FPC線，speaker線等）如果出現(xiàn)這些情況，應(yīng)該有手機射頻工程師來解決，而不是天線工程師解決。6. 總輻射功率(TRP: Total Radiation Power) 和總各向同性靈敏度(TIS: TotalIsotropic Sensitivity)TRP(Total Radiated Power)：通過對整個輻射球面的發(fā)射功率進行面積分并取平均得到。它反映手機整機的發(fā)射功率情況，跟手機在傳導(dǎo)情況下的發(fā)射功率和天線輻射性能有關(guān)。TIS(Total Isotropic Sensitivity)：反映在整個

21、輻射球面手機接收靈敏度指標的情況。它反映了手機整機的接收靈敏度情況，跟手機的傳導(dǎo)靈敏度和天線的輻射性能有關(guān)，還與天線的周圍環(huán)境有關(guān)。我司的天線性能指標對于不同的機型有不同的要求，見上海鼎為PCBA項目塑殼（金屬殼）天線標準加人頭，手測試后，天線的性能會發(fā)生很大變化。7.SAR比吸收率SAR（Specific Absorption Rate）是目前用來評估移動電話等射頻發(fā)射裝置電磁輻射大小的度量。在外電磁場的作用下，人體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電磁場，由于人體各種器官為有耗介質(zhì)，因此體內(nèi)電磁場將會產(chǎn)生電流，導(dǎo)致吸收和耗散電磁能量。生物劑量學(xué)中常用SAR 來表征這一物理過程。SAR 的意義為單位質(zhì)量的人體組織

22、所吸收或消耗的電磁功率，單位為W/kg。公式為：SAR的測試系統(tǒng)： SAR 限值北美和歐洲兩者采用不同的限值以瓦特/每千克(W/kg)或毫瓦/每克(mW/g)來表示。美標:1克的平均值1.6 W/kg;歐標10克的平均值2.0 W/kg。 如果SAR 超標，一般不是天線的問題，而是結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理造成，天線的功能就是將電路中傳輸?shù)膶?dǎo)行波盡量輻射出去。一般情況下降低SAR值的方法如下：(1)選用合適的天線形式，最為重要。比如內(nèi)置天線中的Monopole 具有效率高但SAR 較高的特點，因此在使用之前就應(yīng)該對此有所認識，即Monopole 和人腦的耦合效應(yīng)較強。PIFA 天線綜合性能較好，由于其靠近

23、人腦的一側(cè)被PCB 的地遮擋，其高頻頻段在人腦方向比最大輻射方向有5-6dB的衰減，因此PIFA 天線的SAR 值比較低，是內(nèi)置天線中比較理想的天線形式。(2)在天線的設(shè)計之初就考慮SAR 問題，主要在結(jié)構(gòu)問題上進行設(shè)計，結(jié)合手機的結(jié)構(gòu)選用合適形式的天線，保證天線性能的同時還滿足通過SAR 指標，比如采取將天線放置于PCB 的底部等措施。 (3)在設(shè)計后期發(fā)現(xiàn)SAR 測試超標，可通過調(diào)低天線性能的方式解決，如使用損耗稍大的材料等方法，這需要與天線廠家配合進行。(4)更改天線走線方式，調(diào)整方向圖等措施。另外幾乎不可能通過改變天線的方向性來降低天線向人腦方向的輻射，因為手機天線是一種弱方向性天線，

24、無論怎樣刻意設(shè)計，都不會產(chǎn)生強的方向性，天線的方向圖是很大一部分是由手機主板來決定的。(5)在標準允許的情況下，降低PA 的輸出功率。8.天線的人頭，手測試將手機固定在SAM head Phantom（人頭模型）確定位置，SAM head Phantom 固定在測試系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺上，完成天線的各種有源指標的測試（EIRP，EIS，TRP 和TIS）下圖為人頭，手測試的圖片下表列出了加了人頭手和自由空間狀態(tài)下天線的測試對比情況：Phantom 測試情況下天線效率下降很嚴重，由下面兩方面原因?qū)е?，其一是人頭對電磁波的吸收導(dǎo)致效率下降，其二是人體的影響使天線阻抗發(fā)生變化，使阻抗失配從而導(dǎo)致很大一部分電磁

25、能量反射回電路。9.手機天線的測試系統(tǒng)微波暗室微波暗室 微波暗室，亦稱無回波室、吸波室、電波暗室。當電磁波入射到墻面、天棚、地面時,絕大部分電磁波被吸收,而透射、反射極少。微波也有光的某些特性,借助光學(xué)暗室的含義,故取名為微波暗室。 微波暗室是采用吸波材料SA作和金屬屏蔽體組建的特殊房間,它提供人為空曠的“自由空間”條件。在暗室內(nèi)做天線、雷達等無線通訊產(chǎn)品和電子產(chǎn)品測試可以免受雜波干擾,提高被測設(shè)備的測試精度和效率。隨著電子技術(shù)的日益發(fā)展,微波暗室被更多的人了解和應(yīng)用。微波暗室就是用吸波材料來制造一個封閉空間，這樣就可在暗室內(nèi)制造出一個純凈的電磁環(huán)境，以方便排除外界電磁干擾。微波暗室材料可以是

26、一切吸波材料，主要材料是聚氨酯吸波海綿SA（高頻使用），另外測試電子產(chǎn)品電磁兼容性時，由于頻率過低也會采用鐵氧體吸波材料。微波暗室的主要工作原理是根據(jù)電磁波在介質(zhì)中從低磁導(dǎo)向高磁導(dǎo)方向傳播的規(guī)律，利用高磁導(dǎo)率吸波材料引導(dǎo)電磁波，通過共振，大量吸收電磁波的輻射能量，再通過耦合把電磁波的能量轉(zhuǎn)變成熱能?，F(xiàn)在國內(nèi)用的較多的測試系統(tǒng)均為3D測試系統(tǒng)，一般的為法國的Satimo（近場）測試系統(tǒng)，SATIMO近場測試的天線系統(tǒng)精確度不高，測試時間較短，適合設(shè)計使用，對暗室尺寸沒有硬性要求 美國的ETS遠場測試系統(tǒng)，精度高、速度慢，需要全尺寸暗室。國內(nèi)有仿ETS測試系統(tǒng)。遠場：設(shè)D為待測目標的最大截面尺寸，

27、r為發(fā)射天線與待測目標的距離，則當r 2De2時(為波長)，可近似認為投射到待測目標上的電磁波是平面電磁波。SATIMO測試系統(tǒng)圖片如下：該天線測試系統(tǒng)主要測試手機天線的有源和無源指標：天線是一個無源器件，在微波暗示中可以測量的無源指標：如1.方向性：2.增益：3.天線效率。手機工作狀態(tài)下，通過天線收發(fā)信息，利用微波暗室測試有源指標：如輻射功率TRP,接收靈敏度TIS等satimo測試系統(tǒng)的測試原理：SG24天線測試系統(tǒng)采用24個探頭，對手機天線的輻射性能進行電子掃描，再通過電腦采集預(yù)設(shè)坐標點上功率、靈敏度數(shù)據(jù)，通過配置的軟件計算出TRP/TIS,從界面輸出數(shù)據(jù)，供我們參考分析。手機天線分類及

28、環(huán)境要求目前手機采用的主流天線有：1、PIFA天線2、Monopole天線3、IFA天線4、其他類型PIFA天線PIFA天線是微帶天線演變而來。很多的英文資料介紹Patch Antenna，最簡單的patch天線是一個金屬片平行放置于地平面上，用同軸線或者微帶線饋電即可。其輻射主要靠邊緣場。假設(shè)該天線平行于大地放置，其形狀為矩形，長邊左右擺放，長邊的長度為1/4波長。如果左邊緣的場是從patch到地，那么右邊緣剛好反向從地到將左右兩個邊緣的電場分解成水平和垂直分量，你會發(fā)現(xiàn)垂直分量抵消，水平分量加強。這樣將會產(chǎn)生平行于地平面的線極化遠場。就手機而言，pifa天線的主極化一般是平行于手機主地平面

29、。此時，可以得到兩個基本結(jié)論，1）這種天線的諧振波長為貼片長邊的4倍（實際中請考慮介質(zhì)的波長縮短效應(yīng)，正比于1/sqrt(epsilon)；2）這種天線的輻射主要靠邊緣。而邊緣的場越往外傾斜，輻射越好（開放場）。這就是為什么PIFA天線的高度如此重要的原因。加一個接地片（很多加在饋電附近）后，從微觀角度來看貼片上的電流將改變流向，部分電流從右側(cè)會流回來再回到地。這樣天線的諧振頻率就會降低，一般波長會在4倍于貼片長邊和短邊之和左右（同樣要考慮波長縮短效應(yīng)）。從另一個角度來說，饋電柱與短路柱是一段雙線傳輸線。它將變換天線的阻抗。是一種變壓器效應(yīng)，它將部分容抗變換成感抗，從而使整個天線形成諧振。這段

30、線越長（極限是長到1/4波長）其變化效果越明顯（越敏感，實際中就是天線的高度增加）。當改變饋電柱和短路柱的橫向尺寸或者他們之間的距離時，實際上你是在改變該段傳輸線的特征阻抗。也就相應(yīng)地改變變換公式中平方的那部分。這就是為什么我們常說饋電電和短路的改變將比較大的改變天線的阻抗。同時也是為什么說PIFA天線一般可以不要匹配電路可以優(yōu)化的（事實上，加匹配有時候會反而降低天線的傳輸性指標）。PIFA最重要的三個參數(shù)W，L，H，其中H決定天線帶寬與輻射效率。W、L決定天線的電長度和帶寬。手機主板的長度對天線低頻性能有較大影響，主板寬度對高頻性能有較大影響.右圖可以明顯看出手機主板長度對天線性能影響的天線

31、焊盤應(yīng)該不小于2mm*3mm;接地點應(yīng)該靠邊緣，饋點在接地點的內(nèi)側(cè)，接地點和饋點的中間間隔1mm，饋點周圍1mm區(qū)域要完全鏤空饋點方要完全凈空。Vertically polarised gain dBi-9-8-7-6-5-4-3-2-1095908580757065605550454035302520gainchassis length mmMonopole天線monopole中文意思為單極子，然而其實際工作原理并不如其名字一樣。先從短偶極子說起，其兩臂上的電荷一正一負并成正弦變化時，也就產(chǎn)生了交變電流（場），對外輻射。半波振子，上下臂各四分之一波長。上下臂的電流大小對稱流向相同（正負電荷成

32、對），電流強度分布是從中間饋電點處向兩端點逐步由大到小。饋點處電流最大，電阻（因為正好諧振沒有電抗）最小。這樣的天線為平衡天線（天線上電流上下臂平衡）?，F(xiàn)在去掉偶極天線的一臂，將另一臂換成無窮大地，大地對場的反射，根據(jù)鏡像原理，一正電荷將在其鏡像處感應(yīng)出一負電荷，此時，天線的上臂將產(chǎn)生一鏡像，該鏡像上的電流分布完全等同于偶極天線的下臂，在這種情況下，我們稱這種天線為單極天線。對于無窮大地其輻射圖等同于偶極子。如果將地逐步縮小，將無法形成理想鏡像，下面地的電流分布將發(fā)生變化。現(xiàn)今的手機，體積越來越小，機體再不能看成是大地，機體越小，手機中的單極天線受手機影響越大，因為手機儼然成為了天線的另一臂了

33、。這種天線是非平衡天線。天線（系統(tǒng)）上電流分布將明顯受手機體的影響。當手機的最大尺寸小于系統(tǒng)最小頻率的四分之一波長時，天線系統(tǒng)將無法在該頻點處產(chǎn)生諧振。如AMPS、PCS雙頻系統(tǒng)設(shè)計，AMPS頻段就要求機體長度至少達到824MHz的四分之一波長。手機越小，天線越容易受翻蓋的影響，等等。如圖所示，輻射體面積300350mm2與PCB主板最大距離（高度）34mm。天線與主板只有一個饋電點。凈空區(qū)域要在610mm。天線周圍內(nèi)不能有馬達，SPEAKER、RECEIVER 等較大金屬或磁性物體。饋點的焊盤應(yīng)該不小于2mm*3mm;饋點應(yīng)該靠邊緣。3mmPIFA和monopole在設(shè)計上的區(qū)別PIFA m

34、onopole 天線的性能取決于天線的高度、面積天線的性能取決于凈空區(qū)域、面積 對周圍金屬和磁性器件敏感度比單極天線低 對周圍金屬和磁性器件比較敏感 - 天線不能和receiver重合 手機正面的金屬裝飾件沒有限制，但是不能包住饋點 手機正面的金屬裝飾件不能和天線重合 IFA天線 一種PIFA和Monopole天線的延伸，天線區(qū)域的主板設(shè)計要遵循單極天線的要求，天線設(shè)計則要遵循PIFA天線設(shè)計要求。 IFA天線設(shè)計高度上要比PIFA低些（后面會講到），環(huán)境要求則要比Monopole不那么苛刻。所以一般現(xiàn)在的超薄手機比較常用這種天線設(shè)計。 IFA其實也是一種monopole天線，接地腳其實是調(diào)試

35、匹配，為分布參數(shù)電路，另一種調(diào)試匹配為集中參數(shù)電路。接地點饋點凈空凈空其他類型1、耦合天線 多用與多頻段天線形式，一般只對高頻影響明顯，可以增加高頻1倍的帶寬。是多頻段天線常采用的一種天線形式。 含有寄生單元的天線分為饋電激勵單元和耦合寄生單元兩部分。受激單元被饋電后向空間輻射電磁波，使寄生單元中產(chǎn)生感應(yīng)電流從而也產(chǎn)生輻射，寄生單元相對于受激單元的的電流幅度及相位關(guān)系依賴于該寄生單元的調(diào)諧（調(diào)整兩個諧振頻率相互靠近時，天線在工作頻率上的帶寬可增加）。2、FICA 也是一種多頻段天線形式，是MOTO的設(shè)計專利。設(shè)計難度很大，一般在國產(chǎn)手 機上不采用。本天線的特點是高頻帶寬比較大，是做三頻、四頻等

36、內(nèi)置天線的首選。該天線占的面積理論上是PIFA 天線的一半左右，可以避開大的金屬元器件。該天線物理結(jié)構(gòu)特點是曲折的長微帶線雙條并行，保持兩條微帶之間的距離會對天線的參數(shù)有影響。1，要求天線所占平面的下方要鋪滿地銅箔，并且天線正下方不能有大的元器件。2，天線的高度要6-8mm3，天線的饋電點比較有特點，兩個饋電點可以較遠。安排饋電點的原則是在PCB 的頂端或邊緣，兩個饋電點到天線彈片的尾端長度一般要對稱相等。4，天線的周圍機殼上的處理不要有金屬飾物和導(dǎo)電漆。耦合天線 接地點饋點接地腳 饋電腳 一些手機天線圖片直板機，翻蓋機和滑蓋機的天線評估直板機，翻蓋機和滑蓋機的天線評估天線只有在一定的高度面積

37、情況下，才可能達到一個好的性能。要達到我司的天線標準，要求的天線空間請參考天線設(shè)計環(huán)境說明。該參考設(shè)計只是個參考，遇到一些具體的項目還需要根據(jù)天線周邊的環(huán)境再進行仔細評估 直板機PIFA天線一般布局在上端，受人體影響小。PIFA天線下方常有較多的器件：Speaker，Receiver，camera等。Speaker和receiver的影響可以通過串聯(lián)電感的方式來降低，元件位置必須盡量靠近引線PAD（約1mm）；Camera的影響可以通過接地，或者將camera的FPC線用導(dǎo)電布包起來接地等方式來解決。天線周圍的元器件對天線靈敏度會有一定的干擾，因此speaker，motor，receiver等線要盡量短，camera的FPC盡量上下兩層均有銀漿包起來，F(xiàn)PC線也要短，這樣可以減少這些器件對天線性能的影響。 考慮到手機厚度的問題，部分PIFA天線通過鏤空主板地，PCB板下方連接金屬片作為參考地的方式來滿足PIFA天線高度要求。這種設(shè)計須注意兩個問題：一是天線到實際主板的高