手机天线基础知识.ppt

内置式天线设计天线基本概念• Return Loss（回波损耗S11）天线原理• 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天线原理• Polarization（极化） 天线远场处电矢量轨迹分线极化、圆极化、椭圆极化 一般外置（stubby）天线在H面接近线极化，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XYZ天线原理• 一个理论上的各向同 性（Isotropic）天线 有全立体角相等的方 向分布 • 该天线可作为其它天 线的参照侧视 (垂直方向图)顶视 (平面方向图)天线原理－偶极天线• 偶极天线方向图侧视看来Isotropic方向图垂直 方向收到“挤压”，水平方 向则扩大了覆盖范围。

• 增益越高，垂直方向 波束越窄，水平方向 覆盖面积越大侧视 (垂直方向图)顶视 (水平方向图)dipole (with Gain)垂直波束全向和定向• 右上图为一高增益全 向天线垂直方向波 束窄，阴影为天线不 能覆盖范围水平方 向则覆盖面积很大 • 右下图显示方向图被“ 挤压”向一个方向，辐 射能量在一定角度分 布较大而背面能量 分布少Area of poor coverage directly under the antennaBeamwidth• EIRP（ Effective Isotropic Radiated Power ）EIRP = transmitter power + antenna gain – cable lossPower SettingdBm100 mW20 dBm50 mW17 dBm30 mW15 dBmGain@ 6 dBi PatchEIRP6 dBi26 dBm6 dBi23 dBm6 dBi21 dBm20 mW13 dBm15 mW12 dBm5 mW7 dBm1 mW0 dBm6 dBi19 dBm6 dBi18 dBm6 dBi13 dBm6 dBi6 dBm内置天线分类• PIFA Planar Inverted F Antenna • Internal Planar Monopole 内置平面单极天线 • Internal Helix 内置螺旋天线结构 vs PIFA天线（直板 机）（一）• 典型PIFA形 式 ,GSM/DCS(/ PCS) • 位于顶部 • 面向Z轴正向 ，与电池同侧 。

结构 vs PIFA天线（直板 机）（二）L=35~40w=15~25H=6~8Feed pinshort pinGroundAntenna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 • PCB的尺寸对PIFA有很大影响 • Shielding Case对天线的影响 • 电池芯对PIFA影响强烈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，谨慎使用电镀装饰天线馈点和接地的摆放 （红色为馈点，蓝色为接地）结构 vs PIFA天线（翻盖 或滑盖）（一）• 翻盖合 盖状态，天 线表现与直 板机无异 • 开盖状态， 上下盖PCB 都为地，天 线由在地顶 端变为处于 地中央。

结构 vs PIFA天线（翻盖 或滑盖）（二）• 右二图为合、开两 种状态下天线S11 参数的Smith圆图 右上图为合盖，右 下为开盖 • 由右图可见两种状 态下天线工作状态 发生较大变化通 常低频谐振降低• 以上二图分别为直板（左）、翻盖（右）@1GHz时的增 益方向图 • 由于翻盖打开，增益比直板状态增大了直板状态全向性 好，翻盖状态则背向增益变小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结构相适 应 • 面对3G和多模的要求，一个的天线（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 不从心内置平面Monopole出现的现 实意义• 多模对多频段天 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 多变的结构相配 合天线低频部分天线高频部分PCBFeed Strip塑胶支架38X6X4从右图可见 • 该种 monopole保 持了低频（ 1GHz）工作 频带。

• 高频则可有 着与中心频 率比值20% 以上、宽达 几百兆工作 带宽右图为该天线 模型在 1.8GHz频 率下的增益 方向图 • 最大增益～ 4dBi • 全向性可控 制内置Planar Monopole vs 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相连内置天线结构种类•Stamping Stamping热熔到Housing内侧，Stamping伸出spring与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，反向使用都可以天线Pogo PinPCB天线Pogo PinPCB正向使用Pogo Pin的反向使用Pogo Pin的• FPC • FPC + Support + FPC连接器 • FPC + Support + Pogo pin (正、反) • Housing表面电镀内置Helix类似外置Helix内藏于壳内 • 金属线Helix嵌入塑料内模，轴线平行于PCB平面 ，竖直装载于PCB顶端。

• 金属线Helix嵌入塑料内模，轴线平行于PCB平面 ，平行装载于PCB顶端 以上实际RF效果均不够理想一般辐射效率在20% 优点在于可以利用以往的外置天线主板设计， 稍加修改快速设计出一款内置天线。