手机天线原理和设计演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,手机天线原理和设计,1,天线基本概念,Return Loss,（回波损耗,S11,）,2,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,3,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。,一般手机外置（,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,X,Y,Z,4,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,),5,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,6,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 antenna,Beamwidth,7,EIRP,（Effective Isotropic Radiated Power,）,EIRP=transmitter power+antenna gain cable loss,Power Setting,dBm,100 mW,20 dBm,50 mW,17 dBm,30 mW,15 dBm,Gain 6 dBi Patch,EIRP,6 dBi,26 dBm,6 dBi,23 dBm,6 dBi,21 dBm,20 mW,13 dBm,15 mW,12 dBm,5 mW,7 dBm,1 mW,0 dBm,6 dBi,19 dBm,6 dBi,18 dBm,6 dBi,13 dBm,6 dBi,6 dBm,8,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,9,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。,10,手机结构,vs PIFA,天线（直板机）（二）,L=3540,w=1525,H=68,Feed pin,short pin,Ground,Antenna,11,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。,12,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。,13,天线馈点和接地的摆放（红色为馈点，蓝色为接地）,14,手机结构,vs PIFA,天线（翻盖或滑盖）（一）,翻盖手机合盖状态，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。,15,手机结构,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。,16,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。,17,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。,18,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,19,天线低频部分,天线高频部分,PCB,Feed Strip,塑胶支架,38X6X4,20,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。,21,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,22,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。,23,内置天线结构种类,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。,天线,Pogo Pin,PCB,天线,Pogo Pin,PCB,正向使用,Pogo Pin,的,反向使用,Pogo Pin,的,24,FPC,FPC+Support+FPC,连接器,FPC+Support+Pogo pin(,正、反,),Housing,表面电镀,25,内置,Helix,类似外置,Helix,内藏于手机壳内,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手机主板设计，稍加修改快速设计出一款内置天线手机。,26,