浅谈手机天线的设计挑战与思路

  作者:dolphin 时间:2011-05-11

摘要:随着手机日益普及,用户对手机的需求也变得越加苛刻起来,小型化,个性化,超薄,旋屏,多功能等等设计需求旺盛,手机设计师们面临的是更加激烈的挑战,从手机天线的角度来看,手机变得越来越小,频带越来越多,带来的设计挑战也就越大。

一、手机天线的发展趋势
目前手机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,也给天线设计者带来更大的挑战。

二,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OTA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。作为手机的一部分,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。

  1. 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
  2. 多频天线
    GSM850、GSM900、DCS、PCS、TDS-CDMA、WCDMA、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
  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
  4. 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
  5. 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,影响天线的性能。

三、优化天线性能的思路
1、天线外在的环境处理
1.1 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PIFA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,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。
1.2 延长手机的板长,对于超小迷你型手机,作为天线的辐射体一部分的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相对工作波长系数为0.4时,天线lowband900Mhz与upper band1800Mhz相对带宽呈现最大峰值。

2、天线的材料选择,选择更好的材料,提升天线性能。
2.1 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PIFA天线性能的影响的相应关系。
以下测试数据基于: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

材料

关键词: 浅谈 手机 天线 设计 挑战 思路

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