手机内置天线总结

手机内置天线总结一．手机常用频段及组合CDMA手机：CDMA1X,CDMA800MHz.CDMA1X：824MHz~894MHz，1850MHz~1990MHzGSM手机：GSM850\GSM900\DCS1800\PCS1900.GSM850:824~894MHzGSM900:880~960MHzDCS1800:1710~1880MHzPCS1900:1850~1990MHz更多频段：ISM\Bluetooth(2400~2480MHz)UMTS(1920~2170MHz)WLAN(2400~2483MHz\5100~5900MHzWIMAX(2500~2690MHz\3400~3600MHz)…手机天线一些频段组合举例：双频：GSM850/PCS1900(美)GSM800/PCS1900(欧)三频：GSM900/DCS1800/PCS1900WCDMA/GSM850/PCS1900GSM850/DCS1800/PCS1900四频：GSM850/GSM900/DCS1800/PCS1900GSM900/DCS1800/PCS1900/WCDMAGSM850/GSM900/DCS1800/WCDMA其他：GSM900/DCS/PCS/Bluetooth二．手机天线的要求无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。天线是接受和发射电磁波重要的无线电设备。电性能要求：水平面全向辐射，频带宽，效率高，增益高，SAR值小。外部要求：低姿态，低剖面，尺寸下，重量轻，机械强度高。天线可以根据天线所处位置分为外置天线和内置天线两类。外置天线：常采用螺旋型，圆环型，折叠环设计，优点是频带范围宽接受稳定，但外置天线易损坏，人体靠近时性能影响较大，SAR较高，发展趋势必将是小型化、内置化、多频段和智能化.内置天线：PIFA(PlanarInvertedFAntenna)InternalPlanarMonopole三.PIFA天线PIFA天线是现在使用较多的内置手机天线。PIFA天线的演变过程：dipole=monopole=ifa=pifa典型结构是由辐射贴片、短路片、馈电和金属接地板四部分组成。图1PIFA天线的结构PIFA的辐射机理等等于微带天线有十分相似之处，可以由微带天线推导。微带天线其辐射主要靠边缘场。假设一微带天线大地放置，该天线已经加短路点，长边只要1/4波长考虑到支撑天线的塑胶支架介电常数大于空气的1，存在波长缩短效应正比于1/sqrt(epsilon)，可以略小于四分之一波长就能形成边缘场，两边缘的场垂直分量（有部分）会抵消，水平分量加强。产生平行于地平面的线极化远场。因为PIFA天线的辐射主要靠边缘场，边缘的场越往外倾斜，辐射越好（开放场）。这是PIFA天线的高度重要的原因。天线的馈点位置也会影响中心频率和带宽，一般来说，馈点离接地端越远，中心频率也越大，为了增加天线的输入阻抗，馈电点离接地端不要太近。PIFA重要的三个参数：W,L,H。H:天线谐振频率的带宽密切相关，一般H越大，带宽越宽，效率越高，在H有8mm时，性能比较容易实现。实际很多情况没有那么多空间，PIFA天线的高度一般大约都在6mm左右。W,L:决定天线最低频率。低频的谐振点经验公式：f(resonant)=C/[4(W+L)sqrt(epsilon)]辐射体面积约550～6002mmPIFA天线的地对性能有很大影响，PCB的地要大于四分之一波长，PCB介质基板也有波长缩短效应。PIFA需要的空间大小视乎频段和射频性能的需求：双频（GSM/DCS）：6002mm×7～8mm三频（GSM/DCS/PCS）：7002mm×7～8mm满足以上需求则GSM频段一般可能达－1～0dBi，DCS/PCS则0～1dBi。PIFA需要的其他一些条件：a)天线的馈源位置和间距：一般设计在左上方或右上方；间距在4～5mm之间b)天线投影区域内有完整的铺地，同时不要天线侧安排元器件，特别是马达、SPEAKER、RECEIVER、FPC排线、LDO等较大金属结构的元件和低频驱动器件。它们对天线的电性性能有很大的负面影响。PIFA的局限：a)带宽稍窄。b)PIFA增益偏低。c)结构单调。四.InternalPlanarMonopole演变：dipole=monopole偶极子其两臂上的电荷一正一负并成正弦变化时，也就产生了交变电流(场)，对外辐射。半波振子，上下臂各四分之一波长。上下臂的电流大小对称流向相同(正负电荷成对)，电流强度分布是从中间馈电点处向两端点逐步由大到小。馈点处电流最大，电阻(因为正好谐振没有电抗)最小。这样的天线为平衡天线(天线上电流上下臂平衡)。去掉偶极天线的一臂，将另一臂换成无穷大地，大地对场的反射，根据镜像原理，一正电荷将在其镜像处感应出一负电荷，此时，天线的上臂将产生一镜像，该镜像上的电流分布完全等同于偶极天线的下臂，在这种情况下，这种天线为单极天线。对于无穷大地其辐射图等同于偶极子。如果将地逐步缩小，将无法行程理想镜像，下面地的电流分布将发生变化。现今的手机，体积越来越小，机体再不能看成是大地，机体越小，手机中的单极天线受手机影响越大，因为手机俨然成为了天线的另一臂了。这种天线是非平衡天线。天线(系统)上电流分布将明显受手机体的影响。当手机的最大尺寸小于系统最小频率的四分之一波长时，天线系统将无法在该频点处产生谐振。monopole的特点：大带宽和高增益，容易应付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。图2内置平面Monopole手机monopole天线需要的其他一些条件：a)辐射体面积约300～3502mm(高度)3～4mm内置PlanarMonopole天线可以比同样工作频率的PIFA小。b)天线投影区域不能有铺地，必须悬空，无PCB，也不要安排马达、SPEAKER、RECEIVER等较大金属结构的元件。因为单极天线的电性能对金属特别敏感。c)天线的馈源位置馈电点的位置,一般建议设计在天线的四个角上，只需要一个FeedPoint和PCB上的Pad相连，monopole主要受净空间大小的影响,monopole的带宽在低频会好一点，特别是加匹配电路后。五．多频段实现方式：手机中的射频信号通道越来越拥挤。已经从双频向三频甚至四频快速发展，还需要处理来自外围无线设备的各种信号，如蓝牙、Wi-Fi和GPS。而随着WiMAX和LTE(4G)的加入。双频PIFA天线：PIFA天线的双频实现可以在PIFA天线上的相关位置上开槽，改变辐射体的表面的电流分布即可得到双频谐振特性。例如：图3双频PIFA的辐射片形式其中i图:PIFA-Foldedtoppatch,stampedfromametalplate图a中通过开槽形成两个辐射分支，改变原有辐射体表面的电流分布产生两个谐振，实现双频工作，较长的辐射分支工作在GSM900，较短的辐射分支工作在DCS1800。PIFA天线的另一种形式：G走线的结构。图4为双Ganteena，一般分成两块分成两块，基本独立，一块产生低频，一块产生高频。图4双G型天线几何结构三频PIFA天线：a)在双频天线的基础之上，通过展宽带宽来满足三频通信的要求。通常采用加载寄生单元的方法来展宽频带，在主辐射片附近加载寄生单元，提高高频段的阻抗匹配特性，产生一寄生谐振，展宽高频。图5(a)PIFA型的三频天线图5(b)PIFA型的三频天线图5(c)单馈电形式PIFA三频天线Monopole天线：图6Planarmonopolewithslits(Dualband)图7Planarspiralmonopole(CoveringGSM/DCS/PCSbands)图8acombinationofawidemonopoleelementandasmallhelicalelement总结以上总结了一些手机天线(PIFA和monopole)的基本概念和种类。现在手机天线还是多个窄带即多频带，倾向于采用4xGSM(850、900、1800、1900MHz)和3xWCDMA(850、1900、2100MHz)，天线的形式种类也有很多，既要增加谐振点的个数，同时要控制各谐振点彼此之间的距离。方法很多可以1.从公式原理上减小Q值(与尺寸成反比)，但要求天线的空间要够，环境要好，该有的高度要有。2.从形式上，产生多谐振：一种加寄生，一种是类似FICA的磁场耦合，主要为高频。3.还有加匹配,PA功率可行的话。理论是指导实际的，理论实际能彼此交融，才能融会贯通。不然面对不符合常规的layout和天线设计要求，而束手无策。设计、调试出性能卓越独一无二的天线比仿制天线难多了。