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内置手机天线设计选型分析

内置手机天线设计选型分析. Prepare by Xiong Wei min March 24.2008. 1. 通用设计要求 Return Loss （回波损耗 S11 ）. 天线基本概念. 手机天线性能与外形大小有密切关系。通常会使用以物理长度的频率波长制定的规格化电气性长度，一般是将电气性长度为低于 1/2 波长以下的天线定义为小型天线 ( 以下简称为小型天线 ) 。小型天线，它的缺点是低效率、窄频宽，为了确保天线的性能，因此天线小型化有一定的极限。所幸的是天线使用的元件大多是可以创造空间的导体，若与波长比较的话，只要导体具备一定大小，基本上就可以当作小天线使用。.

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内置手机天线设计选型分析

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  1. 内置手机天线设计选型分析 Prepare by Xiong Wei min March 24.2008

  2. 1.通用设计要求Return Loss（回波损耗S11） 天线基本概念 • 手机天线性能与外形大小有密切关系。通常会使用以物理长度的频率波长制定的规格化电气性长度，一般是将电气性长度为低于1/2波长以下的天线定义为小型天线(以下简称为小型天线)。小型天线，它的缺点是低效率、窄频宽，为了确保天线的性能，因此天线小型化有一定的极限。所幸的是天线使用的元件大多是可以创造空间的导体，若与波长比较的话，只要导体具备一定大小，基本上就可以当作小天线使用。

  3. 天线幅射指标 • Directionality（方向性系数） 天线辐射方向性参数。天线据此可分全向（omni-directional）和定向（directional）。 • Gain（增益） 天线增益定义为规定方向的天线辐射强度和参考天线之比。 • Efficiency（效率） Gain＝Directionality × Efficiency Efficiency＝Output Power/Input Power

  4. 内置天线 • Polarization（极化） 天线远场处电矢量轨迹。分线极化、圆极化、椭圆极化。 PIFA和Monopole极化复杂。 基站入射波为线极化，方向与地面垂直。 XY平面为H面，YZ面E1面，XZ面E2面。 基站

  5. 内置天线分类 • PIFA Planar Inverted F Antenna • Internal Planar Monopole 内置平面单极天线 • Internal PCB &FPC 内置印刷天线

  6. 手机结构 vs PIFA天线（直板机）（一） • 典型PIFA形式,GSM/DCS(/PCS) • 位于手机顶部 • 面向Z轴正向，与电池同侧。

  7. 手机结构 vs PIFA天线（直板机）（二） short pin Feed pin L=35~40 w=15~25 Antenna H=6~8 Ground

  8. 手机结构 vs PIFA天线（直板机）（三） • PIFA最重要的三个参数 W，L，H，其中H和天线谐振频率的带宽密切相关。W、L决定天线最低频率。 • 手机PCB的尺寸对PIFA有很大影响 • Shielding Case对天线的影响 • 手机电池芯对PIFA影响强烈。

  9. PIFA需要的空间和其它条件 • PIFA需要的空间大小视乎频段和射频性能的需求。 双频（GSM/DCS）：600 ×7～8mm 三频（GSM/DCS/PCS）：700 ×7～8mm 满足以上需求则GSM频段一般可能达－1～0dBi，DCS/PCS则0～1dBi。 • 天线正下方一般避免安放器件，尤其是Speaker和Vibrator • 电池尽量远离天线。一般至少5mm以上。 • 天线同侧后盖上不用导电漆喷涂，谨慎使用电镀装饰。

  10. 天线馈点和接地的摆放（红色为馈点，蓝色为接地）天线馈点和接地的摆放（红色为馈点，蓝色为接地）

  11. PIFA的局限 • PIFA脱胎于带短路微带天线，有带宽窄的先天缺点。 • PIFA增益偏低。 • 结构单调，不易与当今灵活多变的手机结构相适应。 • 面对3G和多模手机的要求，一个手机的天线（组）必须同时面对900（800）MHz、1700MHz～2200MHz如此宽广电磁波谱的要求。PIFA显得力不从心。

  12. 内置平面Monopole出现的现实意义 • 多模手机对多频段天线的要求 • Monopole的大带宽和高增益，足以应付3G时代跨越2GHz的几百兆带宽需求。 • 内置平面Monopole结构灵活，易于与当今多变的手机结构相配合

  13. Feed Strip 天线低频部分 塑胶支架 38X6X4 PCB 天线高频部分

  14. 内置Planar Monopole vs 手机结构设计 • 内置Planar Monopole天线可以比同样工作频率的PIFA小。 • Monopole必须悬空，平面结构下不能有PCB的Ground。 • Monopole只需要一个Feed Point和PCB上的Pad相连。

  15. 内置天线结构种类 天线 Pogo Pin 天线 Pogo Pin 反向使用Pogo Pin的 PCB PCB 正向使用Pogo Pin的 • Stamping Stamping热熔到Housing内侧，Stamping伸出spring与手机PCB连接 • Stamping + Support Stamping热熔到Support上，连接用spring • Stamping + Support + Pogo pin (正、反) Stamping热熔到Support上，连接用Pogo Pin。 正向使用Pogo Pin一般适合于带support的结构，反向使用都可以。

  16. 内置meander • FPC中金属线meander嵌入塑料内模，可平行于PCB平面，也可竖直装载于PCB顶端。 • 金属线印刷在PCB平面，装载于PCB边缘。一般净空区的长是天线长的1.6倍，宽约是天线宽的1.6倍，净空区越大越好。 以上实际RF效果均不够理想。优点在于可以有效利用手机空间及主板边角进行设计，对单频稍加修改可快速设计通用的内置天线手机。

  17. 手机天线选型规则

  18. 谢谢大家！

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