第六讲 手机天线类型比较和结构射频规则
手机天线学习资料
手机ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ线的几种类型
CDMA(中国电信） CDMA是码分多址(Code-Division Multiple Access)技术 的缩写，中国的CDMA频率是800MHZ：CDMA是近年 来在数字移动通信进程中出现的一种先进的无线扩频 通信技术，它能够满足市场对移动通信容 量和品质的 高要求，具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、 掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆覆盖广等特点， 可以大量减少投资和降低运营成本 800M CDMA网的工作频段为： 网的工作频段为： 网的工作频段为 825MHz835MHz （上行，基站收、移动台发） 上行，基站收、移动台发） 870MHz880MHz （下行，基站发、移动台收） 下行，基站发、移动台收） 共计10MHz频段。 频段。 共计 频段
手机天线参数指标
天线的输入阻抗 天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的 比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗 是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有 功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率 的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入 阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的 特性阻抗。匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射 系数，行波系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间 有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。在我们 日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。一般 移动通信天线的输入阻抗为50 。
手机天线参数指标
天线的极化方式 所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强 度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平 行于地面时，此电波就称为水平极化波。由于电波的特性，决定了水 平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电 流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方 式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的 有效传播。 因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。另外， 随着新技术的发展，最近又出现了一种双极化天线。就其设计思路而 言，一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式，性能上一般后 者优于前者，因此目前大部分采用的是±45°极化方式。双极化天线 组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线，并同时工作在收 发双工模式下，大大节省了每个小区的天线数量；同时由于±45°为 正交极化，有效保证了分集接收的良好效果。（其极化分集增益约为 5dB，比单极化天线提高约2dB。）
手机天线的结构与工作原理
手机天线的结构与工作原理
手机天线是一种用于接收和发送无线电信号的装置。
它的主要功能是将手机内部产生的电信号转换为无线电信号，并将其传输到周围的空间中，或者从周围的空间中接收无线电信号，并将其转换为手机内部能够理解的电信号。
手机天线的结构可以简单分为两部分：天线体和天线底座。
天线体是负责接收和发送无线电信号的部分，一般呈线性或者双极性的形态。
天线底座则是将天线固定在手机机身上的装置，通常具有导电性，以便与手机内部电路相连。
手机天线的工作原理主要基于电磁感应和谐振原理。
当手机内部电路产生无线电信号时，该信号会通过导线或者微带线等传输介质进入天线体。
在天线体中，电信号将激发天线体内的电流，并在空间中产生电磁场。
这个电磁场会向周围空间辐射出去，成为无线电信号。
同样地，当周围的空间中存在其他的无线电信号时，它们会进入天线体，并激发天线体内的电流。
这个电流会通过导线或者微带线等传输介质传输到手机内部电路，进而被解码为手机能够理解的电信号。
需要注意的是，手机天线的工作效率和性能很大程度上取决于天线的设计参数、天线的放置位置以及与周围环境的电磁耦合等因素。
因此，在手机设计中，需要进行天线的合理设计和优化，以提高通信质量和无线电性能。
天线 结构 分类
天线结构分类天线是一种用于接收和发送无线信号的装置，广泛应用于通信、广播、雷达等领域。
根据其结构和工作原理的不同，天线可以分为多种类型。
本文将从天线结构的角度介绍几种常见的天线分类。
一、按天线结构分类1. 线性天线线性天线是最常见的一种天线，其结构通常由一根导体构成，如直线天线、折线天线等。
直线天线是最简单的一种天线，常见的有偶极子天线、单极子天线等。
折线天线则是由多段导体组成，可以增加天线的长度和增益。
2. 环形天线环形天线是由一个或多个环形导体构成的天线，如圆环天线、螺旋天线等。
环形天线具有较宽的工作频带和较好的方向性，广泛应用于通信和雷达系统中。
3. 阵列天线阵列天线是由多个天线元件组成的天线系统，可以通过控制每个天线元件的相位和振幅来实现波束的形成和指向性的控制。
阵列天线具有高增益、高方向性和抗干扰能力强的特点，被广泛应用于通信、雷达和卫星通信等领域。
4. 反射天线反射天线是通过反射器将无线信号聚焦到天线元件上的一种天线结构，常见的有抛物面天线、半波子天线等。
反射天线具有较高的增益和较好的方向性，被广泛应用于卫星通信和雷达系统中。
5. 型宽天线型宽天线是一种具有较宽工作频带的天线，常见的有短偶极子天线、螺旋天线等。
型宽天线具有较好的频率响应和宽带性能，在通信和雷达系统中得到广泛应用。
二、不同结构天线的特点和应用1. 线性天线通常具有较简单的结构和较低的成本，适用于短距离通信和移动通信系统中。
偶极子天线常用于无线电通信、电视和移动通信系统。
2. 环形天线由于其较宽的工作频带和较好的方向性，适用于多频段通信和雷达系统中。
圆环天线常用于电子对抗和无线电测向系统。
3. 阵列天线由于其高增益和抗干扰能力强的特点，适用于远距离通信和雷达系统中。
阵列天线常用于卫星通信、雷达和无线电测向系统。
4. 反射天线由于其较高的增益和较好的方向性，适用于卫星通信和雷达系统中。
抛物面天线常用于卫星通信和微波通信系统。
移动通信天线基础知识
移动通信天线基础知识移动通信天线基础知识1.引言移动通信天线是移动通信系统中非常重要的组成部分，负责将无线信号从终端设备传输到基站，以及从基站传输到终端设备。
本文旨在介绍移动通信天线的基础知识，包括天线的类型、工作原理、调整和维护等内容。
2.移动通信天线的类型2.1 方向性天线方向性天线是指其辐射和接收信号的特性具有明确的方向性。
方向性天线适用于需要指向特定方向传输和接收信号的场景，如城市中的高楼大厦。
常见的方向性天线包括宽带定向天线、扇形天线等。
2.2 环形天线环形天线即辐射和接收信号的特性呈环形分布。
环形天线适用于需要覆盖较大范围的场景，如郊区和乡村地区。
常见的环形天线包括全向天线、扇形天线等。
2.3 室内天线室内天线主要用于室内覆盖，为终端设备提供较好的信号质量。
常见的室内天线包括分布式天线系统（DAS）和蜂窝天线等。
3.移动通信天线的工作原理3.1 天线辐射原理移动通信天线通过将电磁波能量转换为无线信号进行辐射和传输。
当电信号通过天线时，它将激励天线的振子使其振动，从而产生辐射。
3.2 天线接收信号原理移动通信天线接收信号的原理与辐射原理相反。
当天线处于电磁波的辐射场中，电磁波的能量将激励天线的振子，进而电信号。
4.移动通信天线的调整和维护4.1 天线方向调整天线方向调整是为了保证信号正常传输和接收。
通过调整天线的角度和方向，使其与基站之间的信号传输相匹配。
4.2 天线位置调整天线位置调整是为了优化信号的覆盖范围和强度。
通过调整天线的位置，使其能够覆盖目标区域，并确保信号强度均匀分布。
4.3 天线系统维护天线系统的维护包括定期巡检、故障排除和设备更换等。
定期巡检可以检查天线系统的运行状态，及时发现和解决问题。
故障排除是为了解决天线系统中可能出现的故障和问题。
设备更换是为了更新和升级天线系统的硬件设备。
附件：________本文档涉及附件包括图片和示意图，便于读者更好地理解和应用。
法律名词及注释：________1.电磁波：________指在空间中以电磁场的形式传播的能量。
手机天线基础知识讲解
PIFA的局限(júxiàn)
• 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(dāndiào)，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。
手机(shǒu jī)内置式天线 设计
精品资料
天线(tiānxiàn)基本概念
• Return Loss（回波(huí bō)损耗S11）
精品资料
天线(tiānxiàn)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(zēngyì)） • 天线增益(zēngyì)定义为规定方向的天线辐射
Beamwidth Area of poor coverage directly under the antenna
精品资料
• EIRP（ Effective Isotropic Radiated Power ）
EIRP = transmitter power + antenna gain – cable loss
• 翻盖手机 (shǒu jī)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。
精品资料
手机(shǒu jī)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。
【超详细】图解手机射频电路设计原理及应用
【超详细】图解手机射频电路设计原理及应用射频电路组成和特点：普通手机射频电路由接收通路、发射通路、本振电路三大电路组成。
其主要负责接收信号解调；发射信息调制。
早期手机通过超外差变频（手机有一级、二级混频和一本、二本振电路），后才解调出接收基带信息；新型手机则直接解调出接收基带信息（零中频）。
更有些手机则把频合、接收压控振荡器（RX—VCO）也都集成在中频内部。
（射频电路方框图）（一）、接收电路的结构和工作原理：接收时，天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波，高频放大后，送入中频内进行解调，得到接收基带信息（RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N）；送到逻辑音频电路进一步处理。
1、该电路掌握重点：（1）、接收电路结构。
（2）、各元件的功能与作用。
（3）、接收信号流程。
电路分析：（1）、电路结构。
接收电路由天线、天线开关、滤波器、高放管（低噪声放大器）、中频集成块（接收解调器）等电路组成。
早期手机有一级、二级混频电路，其目的把接收频率降低后再解调(如下图)。
（接收电路方框图）（2）、各元件的功能与作用。
1)、手机天线：结构：（如下图）由手机天线分外置和内置天线两种；由天线座、螺线管、塑料封套组成。
作用：a)、接收时把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号。
b)、发射时把功放放大后的交流电流转化为电磁波信号。
2)、天线开关：结构：（如下图）手机天线开关（合路器、双工滤波器）由四个电子开关构成。
（图一）（图二）作用：其主要作用有两个：a）、完成接收和发射切换；b）、完成900M/1800M信号接收切换。
逻辑电路根据手机工作状态分别送出控制信号（GSM-RX-EN；DCS- RX-EN；GSM-TX-EN；DCS- TX-EN），令各自通路导通，使接收和发射信号各走其道，互不干扰。
由于手机工作时接收和发射不能同时在一个时隙工作（即接收时不发射，发射时不接收）。
因此后期新型手机把接收通路的两开关去掉，只留两个发射转换开关；接收切换任务交由高放管完成。
移动通信基站天线基础知识
移动通信基站天线基础知识移动通信基站天线是移动通信系统中的重要组成部分，其作用是将电信号转化为电磁波，并进行无线传输。
本文将介绍移动通信基站天线的基础知识，包括天线的类型、工作原理、性能指标等内容。
一、天线的类型移动通信基站天线可以根据不同的分类方式进行分类。
根据天线的工作频段，可以分为以下几类：1. 宽频段天线：适用于多频段的通信系统，能够覆盖不同频段的通信需求。
2. 扇形覆盖天线：用于小区域通信，形状呈扇形，信号覆盖范围有限。
3. 定向天线：用于长距离通信，信号传输更远且更稳定，但只能在特定方向进行通信。
4. 等向天线：信号传输范围广且均匀，适用于城市通信等环境。
根据天线的形状和结构，还可以分为以下几类：1. 竖直天线：天线的辐射方向主要朝向地面，适用于城市通信等场景。
2. 水平天线：天线的辐射方向主要朝向水平方向，适用于山区等场景。
3. 室内天线：适用于室内信号覆盖，可提供稳定的室内信号传输环境。
4. 中心天线：用于高速列车、高速公路等移动环境下的通信需求。
二、天线的工作原理移动通信基站天线的工作原理是将电信号转化为电磁波，并进行无线传输。
具体工作原理如下：1. 输入信号处理：接收来自基站设备的电信号，并进行处理，使其符合天线的输入要求。
2. 电信号转换：将输入信号转换为高频电磁波，以便进行无线传输。
3. 辐射和传输：将转换后的电磁波通过天线辐射出去，在空间中传输到指定的接收器。
4. 接收器接收：接收器接收到天线辐射出的电磁波，并将其转换为电信号。
三、天线的性能指标移动通信基站天线的性能指标直接影响着通信系统的性能。
常见的天线性能指标包括：1. 增益：衡量天线的辐射效率，增益越高，传输距离越远。
2. 驻波比：衡量天线的匹配程度，驻波比越小，能量传输效率越高。
3. 方向性：衡量天线在不同方向上的辐射效果，方向性越强，信号传输精度越高。
4. 波瓣宽度：衡量天线在空间中的覆盖范围，波瓣宽度越大，覆盖范围越广。
手机天线设计汇总(飞图科技)
效率与增益
效率与增益
手机天线的效率与增益决定了信号的传输距离和穿透能力。高效率与增益能够 提高信号的传输距离和穿透能力，使手机在复杂环境下仍能保持稳定的通信性 能。
优化技术
为了提高手机天线的效率与增益，需要采用先进的优化技术，如仿真技术、电 磁场优化算法等，对天线的设计进行精细调整和优化。
抗干扰能力
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抗干扰技术
手机天线需要具备抗干扰能力，以应对复杂电磁环境中的各种干扰源，如其他无 线通信设备、电磁噪声等。
兼容性
手机天线应具备良好的兼容性，与其他无线通信设备共存时不会产生相互干扰， 以保证通信的稳定性和可靠性。
03
手机天线的设计流程
需求分析
01
02
03
需求调研
深入了解客户对手机天线 性能的需求，包括天线增 益、效率、带宽等关键指 标。
方案优化
根据评审意见，对初步方 案进行优化，完善手机天 线的设计方案。
天线仿真与优化
建立模型
根据设计方案，使用电磁仿真软件建立手机天线的模 型。
仿真分析
对建立的模型进行仿真分析，评估天线性能是否满足 设计目标。
优化调整
根据仿真结果，对天线模型进行优化调整，提高天线 性能。
样品制作与测试
样品制作
根据优化后的天线模型， 制作手机天线的样品。
测试准备
搭建测试环境，准备测 试设备，确保测试结果
的准确性和可靠性。
性能测试
对手机天线样品进行性 能测试，包括天线增益、 效率、带宽等关键指标
的测试。
测试结果分析
根据测试结果，对手机 天线的性能进行分析和 评估，确认是否满足设
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第六讲手机天线类型比较和结构射频规则
一、各种手机内置天线的特点和演变过程
在常见的手机天线结构中，陶瓷介质天线由于Q值很高，带宽窄，损耗大，并且易受环境的影响而产生频率漂移，因此不推荐作为手机主天线使用，但由于其尺寸小的优势，可以用作对接收灵敏度要求不高的蓝牙天线。
PCB板天线也一般仅仅是通过将外置单极子天线通过PCB过孔和PCB走线将辐射体做在PCB板上，并利用介质板的介电常数在一定程度上减小天线尺寸的形式，这种天线也由于介质板的损耗常数而产生一定的损耗，所以在大多数高端机情况下也不推荐使用，仅在少数低端机和工作频点较少的情况下才为节约成本而使用。
PCB天线可作外置天线也可作内置天线。
PIFA天线自产生以来，一直到今天都一直是内置天线的主要形式，因为它尺寸较小，可以充分利用PCB板作为接地面，并通过接地片将谐振长度缩小为四分之一波长。
但是随着手机小型化和集成度更高的发展要求，原有PIFA天线逐渐显示出一些对结构方面的严格限制。
于是有不少业界领先的手机制造商Motorola、Samsung、Sony-Ericsson等公司逐渐改变手机天线的设计风格，改用各种变形的单极子天线设计，这样就减小了结构对天线的依赖性，增加了手机外观的灵活性。
比如索爱E908的菱形天线设计，Samsung E708的城墙线（Meander）天线设计，以及Motorola V3中使用的一个金属铜棒作为天线的设计。
这些新型的天线设计显示了高超的设计技巧，它们往往不易被天线其他天线厂家和手机厂家模仿，并逐渐发展成手机天线厂家之间和手机厂商之间竞争的一项核心技术。
二、PIFA天线和单极子天线的性能比较
前面我们已经分别对单极子天线和PIFA天线的一般特性进行过分析，下面我们在几种重要的特性方面比较一下两种天线性能的优劣。
1．空间结构要求
两种天线的设计对空间的预留都必须考虑Chu极限定理，但在组成上，PIFA要求必须有一个辐射单元和一个大的接地面，两者互相平行，并且辐射体和接地面之间必须有一个不小的间距。
接地面和辐射体都是物理实体，它们必须位于手机上，所以对结构限制较大。
采用PIFA天线手机不可能做得很薄。
而采用单极子天线进行设计，则天线仅有一个辐射体而没有地面，因此它对辐射空间的要求就仅仅是天线辐射体周围的空间而没有地面的限制，天线占用的辐射空间可以不在手机体上而在手机周围的外界空间。
因此对结构的限制较小。
2．可靠性
PIFA天线需要两个Pin脚，而单极子天线仅仅需要一个Pin脚。
如果PIFA天线的接地Pin脚接触不可靠，则对天线的性能会产生较大的影响，已经有天线厂家提供的相关结论证实。
单个触点产生的天线问题更容易排查，因此单极子天线比PIFA天线具有更高的可靠性。
3．地面的尺寸对天线性能的影响
对PIFA天线来说，最优的带宽出现在接地面的尺寸大约为0.35λ，0.85λ和1.35λ处。
接地面上的最小电流周期为0.5λ。
而对单极子天线来说，则不存在最优尺寸限制。
而接地面长度的变化对频率和带宽的影响如下表所示（资料来源于台湾中山大学相关仿真实验结果）：
从上表可以看出，由于接地面的存在，PIFA天线的工作频率变得相当稳定，受外界环境因素的影响很小。
这也是PIFA天线在传统内置天线手机中备受青睐的一个重要原因。
4．SAR值比较
采用PIFA天线作为内置天线设计，由于能量只在手机外侧半空间辐射，并有较高的前后比，因此具有较好的SAR值。
而采用单极子变形天线，能量在全空间辐射，因此SAR值高于PIFA天线，但是内置单极子天线比外置天线SAR值会略好。
5．设计难度
PIFA天线由于接地面的作用使频率性能变得十分稳定，因此其设计难度相对较
小，任何手机天线厂家都乐于采用PIFA天线做设计。
而内置单极子天线受结构件的影响较大，加上人手和使用手机的人体对它的影响都较大，在设计时需要考虑各种环境因素对它的影响，因此设计难度较大。
但结合用户的使用要求，在待机状态、使用状态下根据用户通常的持机习惯结合手机的结构将天线设计成不同状态下呈现不同的方向图特性，但最终能够满足用户的要求，这种天线设计方式需要很高的技巧，但也具有很强的市场竞争力，这类手机不易被其他厂家模仿，这也是少数领先的手机厂商在最新上市的杀手锏类机型中通常使用这类天线做手机设计的重要原因。
索爱E908中的天线在闭盖和翻盖下有不同的方向性，Motorola V3中用一根金属棒即可以做设计，都显示了很高的天线设计技巧。
三、结构射频规则
以下介绍采用PIFA天线和单极子天线做内置天线设计的主要结构规则。
[规则1] 在设计任何种类的移动电话内置天线时，为获得尽可能好的性能，和天线制造商应在最初阶段以来开始设计天线是很重要的，这对内置天线厂家来说尤其重要。
[规则2] 使用尽可能大的空间：对天线性能来说，尺寸越大越好。
GSM三频天线推荐的尺寸是20×40×8mm（PIFA，PCB单侧），或14×40mm（Monopole，PCB双侧）。
对PIFA天线，辐射体和地面的高度是带宽的主要决定因素，推荐为8mm，最低不得小于6.5mm。
[规则3] PCB长度对天线增益有显著的影响，推荐双频PCB长度不得小于80mm。
当PCB长度小于80mm时，增益显著恶化。
如做多频段设计，PCB长度应适当加长。
[规则4] 天线应远离以下金属物体，保持6mm以上间距，并要求以下物体有良好的接地：LCD、摄像头、液晶屏、按键等的弯曲电缆、连接振荡器或扬声器的导线、含金属的螺丝或螺母。
[规则5] 馈点和短接电路点接近接地片（手机PCB板）的边缘，对弹片接触来说，弯折点和PCB焊点的距离应为4－5mm。
[规则6] 不要屏蔽焊点，尽可能减少EMC遮护板。
[规则7] 发射片的边缘尽可能靠近接地片边缘，甚至可以超出接地片边缘。
[规则8] 手机所有金属必须正确接地，避免能量损失和附加不辐射谐振，关注射频屏蔽罩。
[规则9] 发射片和接地片之间的空间尽可能多地填充空气，支撑物应尽可能少。
[规则10] 天线推荐和避免放置的位置：
避免放置位置
[规则11] 推荐天线形状为天线结构附近尽量减少其他物体，保持天线为一金属片状结构，尽量避免减小天线宽度。
（结构）
可行但设计难度较大、性能较差的情况是天线上有较大的孔（如测试端口和摄像头），为安装电池或其他需要减小天线尺寸（建议电池扣放在侧面，以避免影响天线形状）。
[规则12] 推荐焊盘大小2×3mm，间距2mm。
（PCB）
[规则13]连接天线馈电点的传输线尽量采用共面波导结构（CPW）。
（结构和PCB）
[规则14] 天线下方尽量减少元件，特别是较高的元件。
天线下放置元件的面积最多不超过30％，最高元器件与天线的间距最少要确保为2mm。
（结构）
[规则15] 不能在天线正下方放置匹配焊盘，匹配元器件应在天线馈电点附近。
（PCB）
[规则16] 天线与电池的最小距离为10mm。
（结构）
[规则17] 天线不应被耦合到屏蔽罩，所有接地屏蔽应与天线有6mm间隔。
（结构）
[规则18] Hinge的Flex Film Cable应与天线保持6mm距离。
（结构）
[规则19] 天线塑料盖内侧和后侧使用最少的金属喷涂。
（EMC）
[规则20] 避开有争议的PCB板宽，在有DCS工作的情况下，PCB宽度推荐设计为35mm或45mm，不要设计在40mm，以避免形成DCS交叉极化。