手机天线设计汇总(飞图科技).
手机天线设计_浅谈
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PIFA馈点的位置
Monopole馈点的位置
超薄直板手机应用PIFA的方案
PIFA的Patch PCB带地 电池
接地
馈 电
如果receiver在此 空间内部，则地上 可以开出音孔
PIFA的Ground
LCD
超薄直板手机应用PIFA的方案
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。 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。
• c. 常见问题
对于传导接收灵敏已经满足要求（或非常优秀）但整 机接收灵敏度差的情况，特别是PIFA天线，其辐射体的面 积和形式还是对辐射接收灵敏度有一定的影响，可以在天 线方面做改进。 整机杂散问题原因在于天线的空间辐射被主板的金属 元件（包括机壳上天线附近的金属成分装饰件）耦合吸收 后产生一定量的二次辐射，频率与金属件的尺寸关联。因 此要求此类元件有良好的接地，消除或降低二次辐射。整 机杂散问题还与天线与RF模块之间的谐振匹配电路有关， 如果谐振匹配电路的稳定性不好，很容易激发产生高次谐 波的干扰。
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。
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FPC
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。
手机天线知识图解
天线知识图解（Antenna）3月17日天线是一个相当庞大的话题，很难用一篇文章来描述天线的每个方面，但我会尝试给出一些天线的各个方面的大图片，主要用于蜂窝应用。
天线是什么？如何表现天线的性能？辐射模型天线增益总辐射功率TRPTotal Isotropic Sensitivity (TIS)Effective Isotropic Radiated Power/Equivalent Isotropic Radiated Power (EIRP)S11什么是天线？众所周知，天线是一种将电能(电信号)转换成电磁波并传送到太空的装置。
外面有各种类型的天线，下面是一些例子。
这些只是一些例子，还有很多其他类型。
看看有多少你熟悉的。
现在在大多数移动通信设备中，天线都被嵌入到一个很小的空间里。
在一个相对久远的移动电话，你可能已经看到了天线显示在左侧的图片(鞭天线)。
在大多数的移动设备，你看到这些天，天线是嵌入的情况下，或正确的印刷电路板如下所示。
随着移动设备(例如智能手机)在一个设备中获得越来越多的技术(例如，带有各种频段/ 无线接入技术的蜂窝技术，蓝牙，无线网络等) ，设计多个天线并将其放入一个小空间变得越来越困难。
如何表现天线的性能？有两个主要的标准来评估天线的性能，如下(a)应该把电能转换成电磁能，尽可能减少损失;(b)希望辐射在我需要的方向上。
有几个指标可以代表天线的性能如下辐射模型；总辐射功率;总的各向同性灵敏度。
辐射模型了解/ 评估天线性能的第一步是检查天线的辐射模型。
在大多数情况下，电能都是通过预先设定好的路径流动的，这种路径通常建立在铜线或印刷电路板上的铜痕迹上，但是一旦电能转化为电磁波，它几乎就会向四面八方传播。
根据我们设计天线的思路，电磁波在空气中传播的方向是不同的。
天线在某些方向上传输很强的能量，在某些方向上传输少量的能量，在某些方向上传输中等范围的能量等，这种能量传输方式被称为“辐射方向图”。
双频手机天线设计
2023年 / 第9期 物联网技术410 引 言4G 网络创造了繁荣的网络经济，由于通信业务的多元化和复杂化，人们追求网络事物多样性的需求也日益增长，第五代移动通信系统（5G ）应运而生，它能够实现人与人、人与物、物与物之间的互联互通，VR 、自动驾驶、远程手术等具有巨大前景的技术也在5G 时代诞生并发展着。
5G 具有超大的带宽、巨大的传输速率，5G 时代的到来也促进着MIMO 技术的发展，但是其代价是增加了收发方的天线复杂度，使得天线设计必须考虑各个天线的互相影响，这对天线工程师来说是个巨大的挑战。
近年来，5G 技术越来越受到学术界和行业领域的关 注。
作为5G 无线通信的关键技术，大规模的MIMO 可以极大地提高信道容量。
因此，如何将越来越多的元件放置在有限的空间中是天线设计者面临的一个难题。
当各个天线单元之间的距离较小时，天线之间的耦合度会很大，对天线性能影响十分严重。
因此，如何提高各个天线间的耦合度成为MIMO 天线设计的重难点。
为了解决这一问题，通常采取以下3种方法：（1）将天线进行弯折，改变电流的路径，降低天线的谐振频率，这种方法也存在一定缺陷，改变电流的流向会导致方向图产生变异。
（2）提高板载天线介质板的介电常数能够增加隔离度，但是对于手机天线设计来说，一般使用FR4介质板，由于使用场景的限制，这种方法的可行性不是很高。
（3）利用耦合馈电使天线增加分布式电容，使天线激励起比较低的辐射模式，但是这种方法的困难点是馈电位置的选择。
1976年，Andersen 等人[1]从阻抗的方向出发，研究了天线耦合的问题，并将单极子天线作为例证。
Kokkinos 团队实现了利用地板缝隙对port PIFA 天线的去耦[2]。
Ban 等人[3]结合3.5 GHz 天线特点，利用中和线实现二单元4G MIMO 天线的去耦设计，其中的混合天线由GSM850/900/180/1800/1900/UMTS2100/LTE2300/2500和8个 工作于3 400～3 600 MHz 频段上的元件组成。
手机的内置天线设计
蓝牙天线 蓝牙可以是一种低成本、低功率以及短距离无线通讯的技术，可以广泛的应用在任何个
天线由塑胶支架和金属片(辐射体)组成。金属片与塑胶支架采用热熔方式固定。塑胶常 用 ABS 或 PC 材料，金属常用铍铜、磷铜、不锈钢片。也可用 FPC，但主板上要加两个 Pin， 这两项的成本稍高； a. 贴附式
直接将金属片(辐射体)贴附在手机背壳上。固定方式一般用热熔结构。也有用背胶方式 的，由于结构不很稳定，很少采用，FPC 背胶较常见；
人行动通讯设备上。而随着 1990 年 1.0 蓝牙规范的正式制订，一场短距离无线通讯网路的 革命似乎已经展开，而由蓝牙概念所发展出来的无线个人局域网络(Personal Area Network PAN )也正式成立。
3. Monopole 单极天线 a.天线结构
辐射体面积 300~350mm2，与 PCB 主板 TOP 面的距离(高度)3~4mm，天线辐射体与 PCB 的相对距离应大于 2mm 以上，天线与主板只有一个馈电点，是模块输出。天线的位置在手 机顶部或底部；
Monopole 单极天线如按要求设计环境结构，电性能可达到较高的水平。缺点是 SAR 稍 高。不适用折叠、滑盖机，在直板机和超 薄直板机上有优势。
天线，其辐射体的面积和形式还是对辐射接收灵敏度有一定的影响，可以在天线方面做 改进； 整机杂散问题原因在于天线的空间辐 射被主板的金属元件(包括机壳上 天线附近的金属 成分装饰件)耦合吸收产生一定量的 二次辐射，频率与金属件的尺寸关 联。因此要求此 类元件有良好的接地，消除或降低二次辐射。整机杂散问题还与天线与 RF 模块之间的 谐振匹配电路有关，如果谐振电路的稳定性不好，很容易激发产生高次谐波的干扰。
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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感谢您的观看
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
手机天线设计汇总(飞图科技)
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超薄直板手机应用PIFA的方案
PIFA的Patch PCB带地
电池
7mm
馈
接地
电
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PIFA的Ground
LCD
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超薄直板手机应用PIFA的方案
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。
求长在90-120mm左右，
宽在35-50mm左右。
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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 充分
连接，保证PCB的尺寸相
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应长度。
见右图
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PIFA馈点的设计
一、天线馈点应尽量靠近 PCB的边缘，尺寸建议 2X3(mm)，如右图黄色区 域。馈点和接地点之间的 距离与天线的阻抗有关系， 建议其尺寸不要太大，2－ 3mm即可。
二、馈点下边缘与PCB地之 间的距离≥2mm
Feed PAD
Ground PAD
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Monopole馈点的设计
一、单极天线一般为单馈电，尺 寸大小为2X3(mm)。PAD下边缘 距离PCB地最好≥5mm。 二、对于一些极限情况，如天线 空间很小，周边器件较多等，可 以加一个馈地点用来拓展带宽， 具体位置视不同手机而定。
2
大 很好 低
单极 约为300
5
无地
1
小
好
高
PIFA和单极天线适合机型比较
PIFA 单极
手机内置天线设计原理
手机内置天线设计原理手机内置天线设计原理在手机制造商中，为什么大家公认NOKIA的手机信号好呢？为什么大家都认为MOTO的手机信号好且性能稳定呢？主要原因是NOKIA 和MOTO等大公司在天线与RF方面的设计流程的理念与国内厂商不一样。
像MOTO公司所要主张的那样，手机设计首先要保证信号好，即RF性能好；其次要保证音频性能好，话都听不清打什么电话呢？所以，在他们的初期方案中就包含了与天线相关的基于外观、主板、结构等的总体环境设计。
由于外观、主板、结构、天线是作为一个整体，提供给天线的预留空间及内部的RF环境十分合理，所以天线性能优越也在情理之中。
反观国内的手机设计，负责项目管理和主持项目设计的人员对天线的认识不足，同时受结构方案和外形至上的制约，到最后来“配”天线，对天线的调试匹配占了整个天线设计流程的大部份时间，这与包含天线的整体方案设计有本质的区别，往往就导致留给天线的面积和体积不足，或在天线下面安置喇叭、摄像头、马达、FPC排线等元件，造成天线性能下降。
实际上，如果在方案预研和总体设计阶段，让RF与天线方面的技术人员有效参与进来，进行有效的RF和天线设计沟通和评估，ID、结构、RF设计兼顾天线和整体性能，那么设计出优质的手机产品有什么难的呢？一、内置天线对于手机整体设计的通用要求主板a. 布线在关联RF的布线时要注意转弯处运用45度角走线或圆弧处理，做好铺地隔离和走线的特性阻抗仿真。
同时RF地要合理设计，RF信号走线的参考地平面要找对（六层板目前的大部份以第三层做完整的地参考面），并保证RF信号走线时信号回流路径最短，并且RF信号线与地之间的相应层没有其它走线影响它（主要是方便PCB布线的微带线阻抗的计算和仿真）。
PCB板和地的边缘要打“地墙”。
从RF模块引出的天线馈源微带线，为防止走线阻抗难以控制，减少损耗，不要布在PCB的中间层，设计在TOP面为宜，其参考层应该是完整地参考面。
并且在与屏蔽盒交叉处屏蔽盒要做开槽避让设计，以防短路和旁路耦合。
《手机天线设计讲义》PPT课件
精选ppt
1
调查
• 看过Antenna设计标准的请举手。
精选ppt
2
天线基本概念
• Return Loss（回波损耗S11）
精选ppt
3
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（omnidirectional）和定向（directional）。
• Internal Helix（内置螺旋天线） • Furukawa（古河） • Chipset天线
• BT&WIFI
精选ppt
13
I：假内置
• 尺寸：13mmX直径6.0
• 设计要求：1）一般放置在主板Top端，在径向方向 直径8mm的空间内不允许存有器件；
• 2）天线端部同LCD金属支架距离应大于0.8mm。避 免外观有大面积的金属效果、IMD的金属效果， Yodel IML导致效率特别低；
• 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
精选ppt
4
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。
• 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)
垂直波束
dipole (with Gain)
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二、天线功能
天线的主要功能是：接收和发射电磁波。 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，天线是发射和通信。 手机不间断地与基站联系，依靠天线接收和发射天 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。 较高客户要求在45％以上。
2017/10/9
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Monopole天线设计参考
1、天线垂直PCB装配
2017/10/9
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2、天线平行PCB装配
2017/10/9
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手机内置天线比较
PIFA和单极天线的综合比较
有效面积 mm² 距主板器 件位置 mm 天线投 影下方 天线 馈源 天线 体积 天线 性能 SAR
PIFA
单极
飞图科技有限公司
手机天线设计
主讲：郑宗波
2017/10/9
1
目录
一、天线的由来 二、天线的功能 三、天线的类型 四、天线设计注意事项 五、金属器件对天线的影响 六、天线支架设计 七、支架和天线的材料 八、相关术语介绍
2017/10/9
2
一、天线的由来
人与人之间的通信最早是通过声 音，随着长距离通信的需求，出 现了用信号旗及狼烟通信。这些 都在可视的范围内，随着人类的 进步，电磁辐射的发现及研究才 有了当今快速的通信，当然离不 开天线。 天线是移动通信系统中重要的组 件。它负责发射及接收电磁波。 设计天线的理论基础是Maxwell 方程组。它把电与磁导入到同一 个电磁场理论中去。
2017/10/9 5
SAR在结构中解决办法
天线的性能和SAR是一对矛盾 体。天线性能越好，SAR越不 容易通过标准指标。所以设计 天线时尽量将天线头部远离接 听电话时人体的脑部。有时候 需要设计成倾斜的；有时候将 天线放在手机的底部；或者涂 导电涂料来解决SAR(但是对 天线的性能有影响)。
2017/10/9
Monopole Antenna Chipset Antenna
2017/10/9
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四、天线设计注意事项
A、 外置天线空间要求
CDMA: 线圈尺寸Ø5.2*14mm GSM&DCS: 线圈尺寸Ø5.2*14mm GSM&DCS&PCS: 线圈尺寸Ø5.2*15mm GSM&DCS&PCS&WCDMA: 线圈尺寸Ø5.2*15mm CDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA: 线圈尺寸Ø5.2*15mm
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Monopole馈点的设计
一、单极天线一般为单馈电，尺 寸大小为2X3(mm)。PAD下边缘 距离PCB地最好≥5mm。 二、对于一些极限情况，如天线 空间很小，周边器件较多等，可 以加一个馈地点用来拓展带宽， 具体位置视不同手机而定。
见右图
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PIFA馈点的设计
一、天线馈点应尽量靠近 PCB的边缘，尺寸建议 2X3(mm)，如右图黄色区 域。馈点和接地点之间的 距离与天线的阻抗有关系， 建议其尺寸不要太大，2－ 3mm即可。 二、馈点下边缘与PCB地之 间的距离≥2mm
Feed PAD
Ground PAD
2017/10/9 4
手机天线主要技术指标
手机频率：指手机的频段，GSM，DCS…… 回波损耗：当天线和馈线不匹配时，也就是天线 阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就只能吸收馈 线上传输的部分高频能量，而不能全部吸收，未 被吸收的部分能量将反射回去形成反射波。 TRP/TIS：指天线的辐射功率和天线的全向接收灵 敏度。 驻波比：指模块输入的驻波系数和天线反射的驻 波系数之间的比值。驻波比值要≤1.5最好。 SAR：每千克的物质在单位时间内人体头部接受的 电磁能量。
2017/10/9 9
外置天线图片
2017/10/9
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B、PIFA天线空间要求
PHS: H>6.5mm A>200mm² CDMA: H>7.0mm A>400mm² GSM&DCS: H>7.0mm A>500mm² GSM&DCS&PCS: H>7.0mm A>550mm² GSM&DCS&PCS&WCDMA: H>7.5mm A>650mm² CDMA&GSM&DCS&PCS&WCDMA: H>8.0mm A>750mm²
2017/10/9 11
PIFA天线设计参考
Ground PAD
w=15~25
Feed PAD
L=35~40
Antenna
H=6~8
Ground
2017/10/9 12
C、Monopole天线空间要求
PHS: Ground镂空5mm 天线空间25*5mm CDMA: Ground镂空5mm 天线空间30*5mm GSM&DCS: Ground镂空7mm 天线空间30*8mm GSM&DCS&PCS: Ground镂空8mm 天线空间30*8mm GSM&DCS&PCS&WCDMA: Ground镂空12mm 天线空间30*10mm GSM&DCS&PCS&CDMA&WCDMA: Ground镂空12mm 天线空间35*10mm
6
三、天线的类型
按外观分类： 1、外置天线 2、内置天线(重点介绍) 按手机通讯制式分为： 1、GSM:850MHz/900MHz 2、DCS:1800MHz 3、PCS:1900MHz 4、CDMA1X:800MHz 5、WCDMA:2100MHz
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内置天线主要种类
PIFA Antenna
约为600
约为300
7
5
有地
无地
2
1
大
小
很好
好
低
高
PIFA和单极天线适合机型比较
直板机 PIFA 单极
2017/10/9
翻盖机 适用 不适用
滑盖机 适用 不适用
折叠机 适用 不适用
超薄直板机 不适用 适用
超薄折叠机 不适用 适用
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适用 不适用
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 充分 连接，保证PCB的尺寸相 应长度。