淺談手機內(nèi)置天線設(shè)計

1、淺談手機內(nèi)置天線設(shè)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 手機信號好口性能穩(wěn)定呢？主耍原因是nokia和moto等大公司在天線與rf方面的設(shè)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(shè)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 期方案中就包含了少天線相關(guān)的基于外觀、主板、結(jié)構(gòu)等的總體環(huán)境設(shè)計。由于外觀、主板、 結(jié)構(gòu)、天線是作為一個整體，提供給天線的預(yù)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(shè)計，負責(zé)項目管理和主持項目設(shè)計的人員對天

2、線的認識不足，同時受結(jié)構(gòu) 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(shè)計流程的大 部份時間，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(yù)研和總體設(shè)計階段，訃rf與犬線方面的技術(shù)人員有效參與進來，進行有 效的rf和天線設(shè)計溝通和評估，id、結(jié)構(gòu)、rf設(shè)計兼顧天線和整體性能，那么設(shè)計出優(yōu) 質(zhì)的手機產(chǎn)品冇什么難的呢？一、內(nèi)置天線對于手機整體設(shè)計的通用要求主板a. 布線在關(guān)聯(lián)rf的布線吋要注意轉(zhuǎn)彎處運用45度角走線或圓弧處理，做好鋪地隔離

3、和走 線的特性卩fl抗仿真。同時rf地要合理設(shè)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而），并保證rf信號走線時信號回流路徑最短，并門 rf信號線與地之間的相應(yīng)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“地墻二從rf模塊引出的天線饋源微帶線，為防上走 線阻抗難以控制，減少損耗，不要布在pcb的中間層，設(shè)計在top面為宜，其參考層應(yīng)該 是完整地參考面。并在與屏蔽盒交叉處屏蔽盒要做開槽避讓設(shè)計，以防短路和旁路耦合。 犬線rf饋電焊盤應(yīng)釆川圓角矩形盤，通常尺寸為3x4mm,焊盤含周邊0.8n）m的面積下pcb

4、所有層面不布銅。雙饋點時rf與地焊盤的屮心距應(yīng)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，屏蔽盒盡雖:規(guī)整一體，同吋少開散熱 孔。最忌諱長條形狀孔槽。含金屬結(jié)構(gòu)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(yīng)避免設(shè)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），最好兩而加接地屏蔽層。c. 常見問題對于傳導(dǎo)接收靈頌已經(jīng)滿足要求（或非常優(yōu)秀）但整機接收靈皺度差的情況，特別是pifa 天線，其輻射體的而積和形式述是對輻射接收靈敏度有一定的影響，可以在天線方而做改進。整機雜散問題原因在于天線的空間輻射被主板的金加元件（包括機殼

5、上天線附近的金加成分 裝飾件）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(guān)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。整機雜散問題還與大線與rf模塊之間的諧振匹配電 路冇關(guān)，如果諧振匹配電路的穩(wěn)従性不好，很容易激發(fā)產(chǎn)生高次諧波的干擾。機殼的設(shè)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(shè)計和天線性能有密切關(guān)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(shè)計任何金屬裝飾件或電鍍 件。若有需要，應(yīng)采用非金屬工藝實現(xiàn)。機殼內(nèi)側(cè)的導(dǎo)電噴涂，應(yīng)止于距天線20mm處。對于純金屬的電池后蓋，應(yīng)距大線20mm以上。如采用單極（monopole）犬線，面板禁川 金

6、屬類殼體及環(huán)狀金屬裝飾。電池（含電連接朋）與天線的距離應(yīng)設(shè)計在5mm以上。二、手機內(nèi)置天線的分類1. pifa皮法犬線a. 天線結(jié)構(gòu)輻射體血積550600mm2,與pcb主板top面的距離（高度）67mm。天線與主板有兩 個饋電點，一個是天線模塊輸岀，另一個是rf地。犬線的位置在手機頂部。pifa皮法犬 線如按要求設(shè)計環(huán)境結(jié)構(gòu)，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(cè)安排元器件，特別是馬達、speaker. receiver> fpc排線、ldo等較大金屬結(jié)構(gòu)的元件和低頻驅(qū)

7、動器件。它們對天線的電性 性能有很大的負面影響.c. 天線的饋源位置和間距-般建議設(shè)讓在左上方或右上方；間距在45mm z間。2. pifa天線的兒種結(jié)構(gòu)方式a. 支架式天線山塑膠支架和金屬片（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，金屬常用披銅、磷銅、不銹鋼片。也可用fpc,但主板上耍加兩個pin, 這兩項的成木稍高。b. 貼附式 直接將金屬片（輻射休）貼附在手機背売上。固定方式-般川熱熔結(jié)構(gòu)。也有用背膠方式的,由于結(jié)構(gòu)不很穩(wěn)定，很少采用。fpc也如此。3. monopole單極天線a. 天線結(jié)構(gòu)輻射體面積300350mm2,與pcb主板top面的距離（高

8、度）34mm,天線軸射體少pcb 的和對距離應(yīng)大于2mm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(shè)計環(huán)境結(jié)構(gòu)，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. 匸板天線投影區(qū)域不能冇鋪地，或無pcb,同時也不要安排馬達、speaker> receiver等較 大金屬結(jié)構(gòu)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。-般建議設(shè)計在天線的四個角上。4. monopole單極天線的幾種結(jié)構(gòu)方式a. lpifa天線相

9、同，有支架式、貼附式。b. pcb式monopole單極犬線的輻射體采用pcb板，與主板的饋電有簧片和pin方式， 熱熔在槊膠支架上。還可以在機売上做定位卡勾安裝。c. 特殊結(jié)構(gòu)天線設(shè)計在手機頂部立面（厚度）:，用金屬絲成型，如moto的v3、v8超 薄系列，他們?yōu)樘炀€設(shè)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口區(qū)域。這種形式壞境設(shè)計和犬線設(shè)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、成木高，不建議采用。三、手機內(nèi)置天線形式比較

10、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(jié)構(gòu):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有地 2 人 很好低單極 350無地小 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(shè)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(jié)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(shè)計吋，尤其在產(chǎn)品造 型和結(jié)構(gòu)設(shè)計階段讓天線工程師