2023年12月11日发(作者：折碧玉)
浅谈手机天线的设计挑战与思路郁明祥刘学观(苏州大学，江苏苏州215123)?计师们面临的是更加激烈的挑战，从手机天线的角度采看，手机变得越来越小，频带越来越多，带来的设计挑比湫大。∥睛要】随着手机日益普及，用户对手机的需象也变得越加苛痉4起采，小型化，个l生化，超薄，旋屏，多功能等等设计需求旺盛，手机设jj嘣铡手机天线；小型内置；设计挑战1手机天线的发展趋势目前手初上广为应用的小型内置天线，多为PIFA型天线，因型似倒置大写字母“F”而得名，PIFA天线的辐射体被安装在接地层的正上方，使用时天线辐射片与人脑之间正好相隔PCB板，这样就大大降低了辐射对人脑的影响，同时，PIFA天线兼顾天线小巧，结构易实现，外观等级要求不高，天线生产一致好等等诸多特点，至今依然在手机内置天线市场上，属于主流设计。随着手机进一步普及，用户不在局限于手机基本通讯功能，对手机外观与功能的需求变得挑剔起来，传统PIFA天线方案由于体积的局限，显然不能满足天线射频要求，也给天线溺寸者带来更大的挑战。2当前手机天线设计挑战及存在问题小型内置型手机天线为电小类天线，各方向的辐射性能差异不大，从最终整机的O．『．A的测试性能来讲，小型内置天线，有两个非常重要的性能指标分别为效率与带宽。作为手机的—部分，手机天线最终性能如何，除了与手机的接收机的性能好坏有关外，更为关键的是手机本身的射频环境，以下列出当前手机天线设计过程中存在的设计挑战与问题。2l超薄迷你型手机手机厚度不足，主板长度不足，致天线有效空间不足，天线效率不足。22多频天线GSM850、GSM900、DCS、PCS、TDS—CDMA、WCDM久CDMA2000等等或其中三种以上制式的组合，如GSM850、GSM900、DCS、PCS致天线带宽不足。2．3手机造型奇特旋盖，旋屏，滑盖，翻盖，或其中任意组合，天线在手机中的位置不利及有效空间不足，致天线效率、带宽不足。24手机外观多为金属配件或含有金属成分的装饰器件金属器件特别是靠近天线的金属器件，或者未处理好接地的金属器件对天线产生的影响非常大，导致天线效率、带宽不足。25手机内部空间布局紧凑天线周围布满各类器件，如speaker．camera、LED、mic．键盘板等等，影响天线的性胄巨o3优化天线性能的思路3．1天线外在的．环境处理1)去除不必要的金属地，天线面投影处全部净空，采用monopole天线方案，提高天线效率，monopole天线所需体积与PI—FA相比更加小巧，通过去除辐射片下面PCB的地层，减少辐射片与PCB板地之间的耦合，大大减少了对天线实际的体积需求，从而使monopole天线达到PIFA天线自由空间的同等效果，且需求的体积不足PIFA一半j但缺少的PCB地层的阻隔，monopole天线对人脑的辐射比较大，同时，人手与人脑对天线谐振的影响相对比PIFA而言也比较大。2)延长手机的板长，对于超小迷你型手机，作为天线的辐射体—部分的PCB，其板长对手机天线影响也犹为重要，正常手机宽度在为40mm情况下，PCB相对工作波长系为0．4时，天线low—band900Mhz与upperbandl800Mhz相对带宽呈现最大峰值。32天线的材牵h盎择。选择更好的材料，提升天线I生能1)导电材料的选择：不同的导电材料对天线最终性能的影响也是2009年9月l下)。_|．。，．。，?，一√．．，，?很明显的，在种种环境约束的情况下，选择一种适当的材料可能是解决问题的最佳思路，那么，在选择前了解每一种导电材料对小型内置天线性能的影响，也显得特别重要，以下表是常见各类导电材料对传统PI—FA天线性能的影响的相应关系。以下测试数瞎基于：PCB尺寸(单位：mm)：40’100+1；PIFA天线尺寸(单位：mm)：40’20。7天线支架：ABS表1典型导电捌料的电导率＆峰值效率材电导低频高料塞效率频10“6峰值效【S／mJ率峰值银6I．7359稻77％铜58．1356％76％金40．9856％75％镇4．495l％72％铬1．3738％57％镶2)介电材料的选择：工程上通常采用各种塑料作为天线支架及手trL孝t,壳，理想情况下，辐射体在没在塑料支架作为支撑及外附时，可达到最佳的辐射性能，但为了满足一定的机械与环境测试要求，选择适当的材质作为天线支架与外附件也是必不可少的，可根据实际情况要求，选择介电常数高，但介质损耗低的栩料，这样天线可以在最小的损耗的情况下尽可能的小型化，如陶瓷天线。突破现有无源天线设计思路局限，采用有源天线方案。开关天线：通常我们所见的PIFA天线谐振点是不变的，但开关天线的通过开关切换天线的谐振点，让天线工作在我们所需要的频段上面，采用这种思路，可以在相对有限的空间下，如同样在PIFA需要双频的空间40*7-20mm下，轻松实现四频(GSM850、GMS900、DCS、PCS)，甚至到五频(GSM850、GMS900、DCS、PCS、WCDMA)，使天线自由切换在GSM的四频频段，及WCDMA之间，达到良好的射频性能。在普通PIFA天线边E多加一个耦合片，通过切换点接入开关电路，选择不同的长度传输线等效成不同感抗值，以改变天线的等效阻抗，调整天线工作谐振。从而达到实现四频、五频功能，开关天线基于可重构天线的理念电调谐天线：电调谐天线基本原理与前者相同，不同的是电调谐天线可以实现让天线谐振点微调到所设计的频带内每个点，且达到最好的阻抗匹配、最佳的辐射的性能，如下图，通过电压调整变容二极管改变切换点的接入阻抗，以改变天线的等效阻抗，从而达到实现从470Mhz到800Mhz的CMMB频段的最佳内置天线方案。一钾一懈…l,．ffe—tⅣ～Z一～I删一；肿●--喜．埔主．．‘瑚掰m4111瑚啪啪‘∞“●l糟m瑚撕m埘5^_-q，●畸圈1电调谐cram7_刊t
2023年12月11日发(作者：折碧玉)
浅谈手机天线的设计挑战与思路郁明祥刘学观(苏州大学，江苏苏州215123)?计师们面临的是更加激烈的挑战，从手机天线的角度采看，手机变得越来越小，频带越来越多，带来的设计挑比湫大。∥睛要】随着手机日益普及，用户对手机的需象也变得越加苛痉4起采，小型化，个l生化，超薄，旋屏，多功能等等设计需求旺盛，手机设jj嘣铡手机天线；小型内置；设计挑战1手机天线的发展趋势目前手初上广为应用的小型内置天线，多为PIFA型天线，因型似倒置大写字母“F”而得名，PIFA天线的辐射体被安装在接地层的正上方，使用时天线辐射片与人脑之间正好相隔PCB板，这样就大大降低了辐射对人脑的影响，同时，PIFA天线兼顾天线小巧，结构易实现，外观等级要求不高，天线生产一致好等等诸多特点，至今依然在手机内置天线市场上，属于主流设计。随着手机进一步普及，用户不在局限于手机基本通讯功能，对手机外观与功能的需求变得挑剔起来，传统PIFA天线方案由于体积的局限，显然不能满足天线射频要求，也给天线溺寸者带来更大的挑战。2当前手机天线设计挑战及存在问题小型内置型手机天线为电小类天线，各方向的辐射性能差异不大，从最终整机的O．『．A的测试性能来讲，小型内置天线，有两个非常重要的性能指标分别为效率与带宽。作为手机的—部分，手机天线最终性能如何，除了与手机的接收机的性能好坏有关外，更为关键的是手机本身的射频环境，以下列出当前手机天线设计过程中存在的设计挑战与问题。2l超薄迷你型手机手机厚度不足，主板长度不足，致天线有效空间不足，天线效率不足。22多频天线GSM850、GSM900、DCS、PCS、TDS—CDMA、WCDM久CDMA2000等等或其中三种以上制式的组合，如GSM850、GSM900、DCS、PCS致天线带宽不足。2．3手机造型奇特旋盖，旋屏，滑盖，翻盖，或其中任意组合，天线在手机中的位置不利及有效空间不足，致天线效率、带宽不足。24手机外观多为金属配件或含有金属成分的装饰器件金属器件特别是靠近天线的金属器件，或者未处理好接地的金属器件对天线产生的影响非常大，导致天线效率、带宽不足。25手机内部空间布局紧凑天线周围布满各类器件，如speaker．camera、LED、mic．键盘板等等，影响天线的性胄巨o3优化天线性能的思路3．1天线外在的．环境处理1)去除不必要的金属地，天线面投影处全部净空，采用monopole天线方案，提高天线效率，monopole天线所需体积与PI—FA相比更加小巧，通过去除辐射片下面PCB的地层，减少辐射片与PCB板地之间的耦合，大大减少了对天线实际的体积需求，从而使monopole天线达到PIFA天线自由空间的同等效果，且需求的体积不足PIFA一半j但缺少的PCB地层的阻隔，monopole天线对人脑的辐射比较大，同时，人手与人脑对天线谐振的影响相对比PIFA而言也比较大。2)延长手机的板长，对于超小迷你型手机，作为天线的辐射体—部分的PCB，其板长对手机天线影响也犹为重要，正常手机宽度在为40mm情况下，PCB相对工作波长系为0．4时，天线low—band900Mhz与upperbandl800Mhz相对带宽呈现最大峰值。32天线的材牵h盎择。选择更好的材料，提升天线I生能1)导电材料的选择：不同的导电材料对天线最终性能的影响也是2009年9月l下)。_|．。，．。，?，一√．．，，?很明显的，在种种环境约束的情况下，选择一种适当的材料可能是解决问题的最佳思路，那么，在选择前了解每一种导电材料对小型内置天线性能的影响，也显得特别重要，以下表是常见各类导电材料对传统PI—FA天线性能的影响的相应关系。以下测试数瞎基于：PCB尺寸(单位：mm)：40’100+1；PIFA天线尺寸(单位：mm)：40’20。7天线支架：ABS表1典型导电捌料的电导率＆峰值效率材电导低频高料塞效率频10“6峰值效【S／mJ率峰值银6I．7359稻77％铜58．1356％76％金40．9856％75％镇4．495l％72％铬1．3738％57％镶2)介电材料的选择：工程上通常采用各种塑料作为天线支架及手trL孝t,壳，理想情况下，辐射体在没在塑料支架作为支撑及外附时，可达到最佳的辐射性能，但为了满足一定的机械与环境测试要求，选择适当的材质作为天线支架与外附件也是必不可少的，可根据实际情况要求，选择介电常数高，但介质损耗低的栩料，这样天线可以在最小的损耗的情况下尽可能的小型化，如陶瓷天线。突破现有无源天线设计思路局限，采用有源天线方案。开关天线：通常我们所见的PIFA天线谐振点是不变的，但开关天线的通过开关切换天线的谐振点，让天线工作在我们所需要的频段上面，采用这种思路，可以在相对有限的空间下，如同样在PIFA需要双频的空间40*7-20mm下，轻松实现四频(GSM850、GMS900、DCS、PCS)，甚至到五频(GSM850、GMS900、DCS、PCS、WCDMA)，使天线自由切换在GSM的四频频段，及WCDMA之间，达到良好的射频性能。在普通PIFA天线边E多加一个耦合片，通过切换点接入开关电路，选择不同的长度传输线等效成不同感抗值，以改变天线的等效阻抗，调整天线工作谐振。从而达到实现四频、五频功能，开关天线基于可重构天线的理念电调谐天线：电调谐天线基本原理与前者相同，不同的是电调谐天线可以实现让天线谐振点微调到所设计的频带内每个点，且达到最好的阻抗匹配、最佳的辐射的性能，如下图，通过电压调整变容二极管改变切换点的接入阻抗，以改变天线的等效阻抗，从而达到实现从470Mhz到800Mhz的CMMB频段的最佳内置天线方案。一钾一懈…l,．ffe—tⅣ～Z一～I删一；肿●--喜．埔主．．‘瑚掰m4111瑚啪啪‘∞“●l糟m瑚撕m埘5^_-q，●畸圈1电调谐cram7_刊t