手机内置天线设计
手机内置天线分类
手机内置天线分类1. PIFA皮法天线a.天线结构辐射体面积550～600mm2，与PCB主板TOP面的距离（高度）6～7mm。
天线与主板有两个馈电点，一个是天线模块输出，另一个是RF地。
天线的位置在手机顶部。
PIFA皮法天线如按要求设计环境结构，电性能相当优越，包括SAR指标，是内置天线首选方案。
适用于有一定厚度手机产品，折叠、滑盖、旋盖、直板机。
b.主板天线投影区域内有完整的铺地，同时不要天线侧安排元器件，特别是马达、SPEAKER、RECEIVER、FPC排线、LDO等较大金属结构的元件和低频驱动器件。
它们对天线的电性性能有很大的负面影响.c.天线的馈源位置和间距一般建议设计在左上方或右上方；间距在4～5mm 之间。
2. PIFA天线的几种结构方式a.支架式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。
b.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也如此。
3. MONOPOLE（MLK）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。
b.主板天线投影区域不能有铺地，或无PCB，同时也不要安排马达、SPEAKER、RECEIVER等较大金属结构的元件。
由于单极天线的电性能对金属特别敏感，甚至无法实现。
c.天线的馈源位置馈电点的位置与PIFA方式有区别。
一般建议设计在天线的四个角上。
4. MONOPOLE单极天线的几种结构方式a.与PIFA天线相同，有支架式、贴附式。
手机内置式天线设计
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
Feed Strip 天线低频部分
塑胶支架 38X6X4
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。
EIRP = transmitter power + antenna gain – cable loss
Power Setting 100 mW 50 mW 30 mW 20 mW 15 mW 5 mW 1 mW dBm 20 dBm 17 dBm 15 dBm 13 dBm 12 dBm 7 dBm 0 dBm Gain@ 6 dBi Patch 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi EIRP 26 dBm 23 dBm 21 dBm 19 dBm 18 dBm 13 dBm 6 dBm
天线馈点和接地的摆放 （红色为馈点，蓝色为接地）
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。
手机结构 vs PIFA天线（翻盖 或滑盖）（二）
手机RF设计知识连载之——手机内置天线设计
b. 布板RF模块附近避免安置一些零散的非屏蔽元件，屏蔽盒尽量规整一体，同时少开散热孔。最忌讳长条形状孔槽。含金属结构的元件，如喇叭、马达、摄像头基板等金属要尽量接地。对于折叠和滑盖机，应避免设计长度较长的FPC（FPC走线的时钟信号及其倍频容易成为带内杂散干扰），最好两面加接地屏蔽层。
c. 常见问题
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。天线RF馈电焊盘应采用圆角矩形盘，通常尺寸为3×4mm，焊盘含周边≥0.8mm的面积下PCB所有层面不布铜。双馈点时RF与地焊盘的中心距应在4～5mm之间。
三、手机内置天线形式比较
这里简单比较一下两种主流PIFA皮法和MONOPOLE单极天线，以及分别适用的机型结构：
有效面积mm2 距主板mm 天线投影下方 天线馈源 天线体积 电性能 SAR
皮法 600 7 有地 2 大 很好 低
单极 350 4 无地 1 小 好 稍高
折叠机 滑盖机 旋盖机 直板机 超薄折叠机 超薄直板机
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手机nfc天线设计原理
手机nfc天线设计原理
手机NFC（Near Field Communication，近距离无线通信）天
线设计的原理是基于电磁场感应的物理原理。
NFC天线是一
种被动元件，承载着手机与其他设备进行通信的功能。
NFC天线一般采用线圈形状的设计，由导线材料制成。
线圈
的形状和尺寸是根据手机外壳的尺寸和材质进行设计的，以确保天线在手机内部空间中的布置。
线圈中的导线通过电流激励，产生一个特定频率的交变电磁场。
当手机与其他支持NFC技术的设备（如另一部手机、NFC标
签等）进行通信时，NFC天线接收到电磁场能量的信号。
这
个能量激励了天线中的导线，产生一个感应电流，从而实现信息的传输。
NFC通信是一种近距离的通信方式，其有效范围一般在几厘
米或更小的距离之内。
这种设计原理使得NFC技术可以被广
泛应用于手机支付、门禁系统、数据传输等领域。
为了提高NFC的性能和稳定性，设计人员需要在电路中加入
合适的驱动电路和匹配网络，以保证天线的输入和输出阻抗匹配，并解决信号衰减和噪声问题。
此外，天线的位置和手机内部的其他组件（如电池、摄像头等）之间的相互干扰也需要被考虑到。
总的来说，手机NFC天线的设计原理是基于电磁场感应技术，
通过导线产生特定频率的交变电磁场，以实现手机与其他设备的近距离无线通信。
手机中内置有源天线,增强小型低噪声放大器
手机中内置有源天线，增强小型低噪声放大器FM收音机模块已经成为很多时下手机及带耳机设备的标配，它们基本都是用耳机线作为FM的天线。
因为耳机线作为天线的接收裕量不大，不太方便并且在用耳机线时蓝牙耳机就不能用了，所以耳机线作为收音机天线并不是一个非常理想的方案。
相对于用耳机线作天线，另外一种方案就是把一个无源天线集成到手机内部。
但是由于FM频段的波长在一米量级，而且手机设备要求的小尺寸大大的限制了这种内置天线的电尺寸，从而减小了天线的增益，导致FM接收机接收灵敏度的大幅度降低。
但是，利用所谓的有源天线技术可以大大提高FM接收机的灵敏度。
有源天线技术是指用一个合适的低噪声放大器直接连接FM的内置天线。
所谓的有源天线模块包含一个单独的特定制作的无源结构,它直接与相应的放大器电路相连. 这种技术在新移动设备应用中快速赢得了认可. 高增益, 小封装及高抗静电能力的低噪声放大器是有源天线设计的重要因素. 英飞凌科技的新一代BGB719N7ESD 可以满足这种有源天线的所有要求.图1：BGB719N7ESD相较于前几代的产品(BGB707L7)所需外围器件更少，从而更节省PCB板的空间内置天线的设计挑战在提供上述几个优点的同时, 在设计有源天线时也会遇到一些挑战. 当把天线集成到手机内部时会出现两个问题. 一是,电小尺寸及位置比较低的天线具有高的输入电抗,低的输入阻抗及低的辐射效率,使得很难得到其与其他电路的良好匹配. 第二个问题涉及到手机内部与FM天线位置靠近的其他天线的发射信号的隔离. 这影响到与大多数辐射都有关系的手机底盘中的射频电流. 其他的与手机底盘相连的天线或者类似用底盘作为主要辐射子的天线,都将遭受严重的信号泄露.电小尺寸的内置天线将会严重的降低天线增益,从而导致比用耳机作为外置天线的低的接收灵敏度. 为了补偿接收灵敏度, 必须使用有源天线技术. 除了低噪声放大器这个主要的。
手机天线设计浅谈
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。
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
2019/12/5
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谢谢！
2019/12/5
郑宗波
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(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。
Camera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。
2019/12/5
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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件或电镀装饰件，如
2019/12/5
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内置天线主要种类 PIFA antenna Monopole antenna Chipset antenna
2019/12/5
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三、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:
一篇手机天线设计的经典文章概要
一篇手机天线设计的经典文章一篇手机天线设计的经典文章第二类天线天线天线,例如,倒置F 型平面天线天线天线(PIFA,它装在地线上面。
由于这种天线天线使用印刷电路板上面的空间,因而,这类天线天线天线用得最普遍。
混合绝缘体天线天线天线就是把绝缘体天线天线天线和PIFA 结合在一起,它和PIFA 一样,装在接地面的上方时,能够工作(图1。
天线天线的位置电讯产业多年来在长条型手机手机手机上的经验告诉我们:最好还是把天线天线天线安装在手机手机手机的顶部。
这么做的原因是:如果你的手把天线天线天线挡住时,你发会现手机手机手机的性能会迅速下降,而如果天线天线天线装在手机手机手机的顶部,那它几乎就不会被挡住了。
如今,情况已经发生了变化,我们需要用新的思路去设计设计设计新手机手机手机的外型。
通常情况下:现在只有两种类型的手机手机手机——长条型手机手机手机和翻盖型手机手机手机,或者折叠型手机手机手机。
最近,又出现了新型的手机手机手机,比如,滑盖型手机手机手机和旋转型手机手机手机。
旋转型手机手机手机的两个部分可以围绕着一个轴转动。
所有这种由两个部分组成的手机手机手机使问题变得更复杂了:他们都必须在打开和合上两种状态下工作,而这种问题不会出现在长条型手机手机手机上。
从电气的角度讲,这两种状态是不一样的,这就是说,在这两种状态下,手机手机手机的性能都必须符合要求。
天线天线设计设计设计师一直非常关注天线天线天线周围的元器件。
现在的手机手机手机都做很紧凑,因此,像电池和照相机部分常常紧挨着天线天线天线。
相邻的元器件一般在很大程度上是决定产品性能的关键。
对于不同的手机手机手机,它们的影响是不一样的,但是,都会严重地降低天线天线天线的性能。
结果是,在开发过程的后期,设计设计设计师不得不对部分手机手机手机的零部件重新进行设设计。
天线天线会在任何紧挨着天线天线天线的导体里感应电流。
手机手机里的导体分为两种。
第一种是印刷电路板总成,它包括了印刷电路板和它的屏蔽。
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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Efficiency＝Output Power/Input Power
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。
天线基本概念
• Return Loss（回波损耗S11）
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）。
• 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）
• 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
Feed Strip PCB
天线低频部分 塑胶支架 38X6X4
天线高频部分
从右图可见
• 该种 monopole保 持了低频 （1GHz）工 作频带。
• 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)
顶视 (水平方向图)
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。
short pin
w=15~25
Feed pin
L=35~40
Antenna
H=6~8
Ground
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。
• Internal Planar Monopole 内置平面单极天线
• Internal Helix 内置s 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。
手机结构 vs PIFA天线（直板 机）（二）
XY平面为H面，YZ面E1面，XZ面E2面。
Z
Y X
基站
• 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。
天线原理
侧视 (垂直方向图)
顶视 (平面方向图)
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。
EIRP = transmitter power + antenna gain – cable loss
Power Setting 100 mW 50 mW 30 mW 20 mW 15 mW 5 mW 1 mW
dBm 20 dBm 17 dBm 15 dBm 13 dBm 12 dBm 7 dBm 0 dBm
Gain@ 6 dBi Patch 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi
EIRP 26 dBm 23 dBm 21 dBm 19 dBm 18 dBm 13 dBm 6 dBm
内置天线分类
• PIFA Planar Inverted F Antenna
• 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。
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
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。
Beamwidth
Area of poor coverage directly under the antenna
Side View (Vertical Pattern)
Top View (Horizontal Pattern)
• EIRP（ Effective Isotropic Radiated Power ）
• 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。
• 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。
PIFA的局限
• PIFA脱胎于带短路微带天线，有带宽窄的先天缺 点。
天线馈点和接地的摆放 （红色为馈点，蓝色为接地）
• 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。
手机结构 vs PIFA天线（翻盖 或滑盖）（一）
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。
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 mm2×7～8mm 三频（GSM/DCS/PCS）：700 mm2 ×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。
• 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。
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