手机天线设计浅谈课件

一、天线功能无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）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。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。手机不间断地与基站联系，依靠天线接受和发射天磁波，天线释放出的电磁辐射功率约440微瓦/平方厘米，天线的设计在结构上需要考虑天线的效率和SAR，对于各频段天线效率基本要求在30%以上。6/14/20241一、天线功能无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）二、天线的类型一、按外观分类：外置天线和内置天线二、按手机通讯制式分为：GSM:900MHz DCS:850MHz PCS:1800MHz CDMA1X:800MHz WCDMA:2100MHz6/14/20242二、天线的类型一、按外观分类：外置天线和内置天线8/9/20内置天线主要种类PIFA antennaMonopole antennaChipset antenna6/14/20243内置天线主要种类PIFA antenna8/9/20233A、外置天线空间要求CDMA:线圈尺寸5.2*14mm GSM&DCS:线圈尺寸5.2*14mm GSM&DCS&PCS:线圈尺寸5.2*15mm GSM&DCS&PCS&WCDMA:线圈尺寸5.2*15mm CDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA:线圈尺寸5.2*15mm三、天线设计注意事项6/14/20244A、外置天线空间要求三、天线设计注意事项8/9/20234B、PIFA天线空间要求PHS:H6.5mm A200mmCDMA:H7.0mm A400mmGSM&DCS:H7.0mm A450mmGSM&DCS&PCS:H7.0mm A550mmGSM&DCS&PCS&WCDMA:H7.5mm A650mmCDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA:H8.0mm A750mm6/14/20245B、PIFA天线空间要求PHS:H6.5mm A2L=3540w=1525H=68Feed pinshort pinGroundAntennaPIFA天线设计参考6/14/20246L=3540w=1525H=68Feed pinshoC、Monopole天线空间要求PHS:Ground镂空5mm 天线空间20*3mm CDMA:Ground镂空5mm 天线空间30*5mm GSM&DCS:Ground镂空7mm 天线空间30*7mm GSM&DCS&PCS:Ground镂空8mm 天线空间30*7mmGSM&DCS&PCS&WCDMA:Ground镂空12mm 天线空间30*7mmCDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA:Ground镂空12mm 天线空间30*7mm6/14/20247C、Monopole天线空间要求PHS:Ground镂空Monopole天线设计参考6/14/20248Monopole天线设计参考8/9/202386/14/202498/9/20239手机内置天线形式比较6/14/202410手机内置天线形式比较8/9/202310主板设计(主要是内置天线)手机PCB的尺寸对天线影响很大，(直板机)一般要求长在90-120mm左右，宽在35-50mm左右。某些超薄机出于设计考虑，尺寸很短，建议在电池下面铺金属板，与PCB Ground充分连接，保证PCB的尺寸。6/14/202411主板设计(主要是内置天线)手机PCB的尺寸对天线影响很大，(PIFA馈点的位置6/14/202412PIFA馈点的位置8/9/202312Monopole馈点的位置6/14/202413Monopole馈点的位置8/9/202313超薄直板手机应用PIFA的方案PIFA的的GroundPIFA的的Patch馈馈电电接地接地PCB带地带地LCD电池电池如果如果receiver在此在此空间内部，则地上空间内部，则地上可以开出音孔可以开出音孔6/14/202414超薄直板手机应用PIFA的方案PIFA的GroundPIFA超薄直板手机应用PIFA的方案u把PCB在天线区域截断，用一块良好接地的金属片紧贴手机Top面，使得PIFA的地降低；PIFA的patch则贴近Bottom面，这样可以充分利用手机内部的厚度。PIFA的高度要求还是不难满足的。u此种方案的缺点在于LCD的位置偏低，如果ID设计的卖点是大LCD且位置偏高，则不适合这种设计。6/14/202415超薄直板手机应用PIFA的方案把PCB在天线区域截断，用一块超薄直板手机应用单极天线的方案馈馈电电PCB带地带地LCDReceiver净空区净空区8mm至少至少5mm此空间可此空间可以放没有以放没有金属底座金属底座的的Camera sensor6/14/202416超薄直板手机应用单极天线的方案馈电PCB带地LCDRecei超薄直板手机应用单极天线的方案采用单极天线方案的要点是有一块净空区域在板的端部，净空区域一般宽8mm。该区域没有地，且一般没有器件进入。考虑ID设计要求出音孔不能太低，speaker或者receiver势必要进入上述的净空区域。折中的设计是不可避免的。问题在于寻求一个两方面都可接受的平衡点。根据我们的实验判断认为，磁声器件在单极天线的净空区域内，在手机厚度方向拉远器件和天线的垂直距离没有明显的好处且增加手机厚度；而沿手机主板长度方向移动器件是有巨大作用的，2mm的距离足以增加1dBi的增益。此种结构布局LCD可以放得较高，ID设计都比较符合时尚，但单极天线的性能可能由于较少的净空区，其它器件的影响，会大幅度的降低。6/14/202417超薄直板手机应用单极天线的方案采用单极天线方案的要点是有一块Speaker和Receiver的影响uSpeaker和Receiver中间是一个线圈，长度约在40-50mm左右，加上不同长度的信号线可在不同的频段产生谐振，降低天线性能。uSpeaker和Receiver本身的高频音频信号会在低频段产生干扰。u一般在两根信号线上各串联一个100nH电感，可有效消除其影响。100nH四、金属器件对天线的影响6/14/202418Speaker和Receiver的影响100nH四、金属器件Motor和Camera的影响uMotor对天线性能影响很大，特别是在工作状态(震动)下。因此一般要求其距离天线馈点在10mm以上，同时为了提高天线效率等，天线在Motor上方周围区域尽量不布线。uCamera正常情况下影响很小，但有时Flash的引线FPC过长，会干扰到天线，故FPC长度越短越好。6/14/202419Motor和Camera的影响8/9/202319装饰件的影响u机壳周框（上盖和下壳）和天线附近经常会有金属装饰件或电镀装饰件，如果它们的尺寸和工作频段波长成比例，会对天线产生极大干扰。u图一周框电镀层使功率和灵敏度下降3dB，故在两肩部分截断。u图二为Camera周围的装饰件，尺寸较大，灵敏度下降了5dB，后整体尺寸减小一圈后影响消失。电镀截断，改善性能整体尺寸减小一圈后，干扰消失。6/14/202420装饰件的影响机壳周框（上盖和下壳）和天线附近经常会有金属装饰特殊设计的案例uMoto V3面世后，很多Design House仿照其进行设计，出来的结果GSM功率很差，不是其机板设计问题，而是出在Ground的延伸上。类似手机天线都位于下端，打开状态时，上板和下板连接起来长度太长，约160mm，影响了GSM频段的辐射。研究V3手机可以发现，即使连接前后板的FPC断开，两者的Ground也是连通的，整个金属外壳和板子的Ground是一体的，这样电流回流实际上就缩短了板子实际尺寸，保证了GSM 频段的性能。类似手机设计时，不仅要保证FPC连接前后板，还要在板子另一侧把Ground也连通。6/14/202421特殊设计的案例Moto V3面世后，很多Design Hou五、天线支架结构设计注意事项1、支架平面2、热熔柱3、支架固定4、天线弹片6/14/202422五、天线支架结构设计注意事项1、支架平面8/9/2023221、支架平面支架平面:尽量是完整的平面或连续的曲面。曲面上的天线需随曲面弧度进行折弯，容易出现天线与支架间不贴和，有缝隙。若贴和不稳定会影响天线性能，也容易与外壳有干涉。6/14/2024231、支架平面支架平面:尽量是完整的平面或连续的曲面。曲面上的2、热熔柱 热熔柱的作用：将天线定位以及天线与支架的固定。在支架设计时需要预留出来天线的高度及热熔柱热熔后的高度。天线厚0.2mm，根据经验，通常要求热熔柱热熔后与天线的距离保持在0.3mm。即，需要预留出至少0.5mm的高度，以避免与壳体有干涉。天线弹片处的热熔柱较重要，一般会设计直径为1.2mm。6/14/2024242、热熔柱 热熔柱的作用：将天线定位以及天线与支架的3、支架固定 热熔柱的作用：将天线定位以及天线与支架的固定。在支架设计时需要预留出来天线的高度及热熔柱热熔后的高度。天线厚0.2mm，根据经验，通常要求热熔柱热熔后与天线的距离保持在0.3mm。即，需要预留出至少0.5mm的高度，以避免与壳体有干涉。天线弹片处的热熔柱较重要，一般会设计直径为1.2mm。6/14/2024253、支架固定 热熔柱的作用：将天线定位以及天线与支架 亦可以设计用镙钉固定支架与PCB板，但镙钉是金属件，会对天线有一定影响。支架与壳体固定，存在着双重定位，即支架与PCB的定位，支架与壳体的定位。需要定位准确以保证天线弹片与馈点的良好接触。6/14/202426 亦可以设计用镙钉固定支架与PCB板，但镙钉是4、天线弹片 馈点位置需RF工程师与硬件工程师讨论确定，PAD尺寸至少保证在33mm，PAD间距保持在1.5mm以上。支架结构设计也需考虑到PAD位置，天线和PAD需要合适的距离，以保证天线和PAD的良好接触。6/14/2024274、天线弹片 馈点位置需RF工程师与硬件工程师六、材料1、支架材料：天线支架使用的材料主要有ABS、PC、二者比较，ABS塑性好，PC材料的硬度高。材料会根据结构选用，亦可根据硬件要求，做成透明，以方便观察支架下的元器件。2、天线材料：一般采用铍铜，磷青铜，硬度分为H、H/2、H/4。厚度一般采用0.2mm或0.15mm。也可用不锈钢片和FPC6/14/202428六、材料1、支架材料：2、天线材料：8/9/202328精品课件精品课件！6/14/202429精品课件！8/9/202329精品课件精品课件！6/14/202430精品课件！8/9/202330谢谢！郑宗波6/14/202431谢谢！郑宗波8/9/202331