天线接收灵敏度优化设计 PPT
通信电子中的天线设计与优化
通信电子中的天线设计与优化在现代社会中，电子通信领域已成为人们日常生活中不可或缺的重要部分。
而天线作为电子通信领域中的重要组成部分，其设计与优化至关重要。
本文将从天线的基本概念、通信电子中的天线设计与优化以及未来发展趋势三个方面来探讨天线在通信电子中的重要性以及其优化设计的意义。
一、基本概念天线，简单来说，就是将电磁波转换成传输到空气、自由空间或其他导体上的电流的一种元件。
在传统的天线设计中，天线形状多为直线型、圆形或方形等基本形状，而今天随着科技的发展，天线的形状已经变得非常丰富，例如光电天线、纳米天线等。
天线除了作为接收装置，还有作为发射装置和转换装置的功能。
天线作为电子通信的组成部分，它的设计和实现将对电子通信领域的可靠性、稳定性以及适应性产生巨大的影响。
因此，天线优化设计是电子通信领域中的重要研究领域。
二、通信电子中的天线设计与优化在通信电子中，天线设计和优化需要考虑的因素非常多，例如天线频带、天线效率和天线匹配等。
这些因素的不同取值决定了天线在不同通信环境下的适应能力。
因此，电子通信领域中的天线设计和优化需要在考虑到这些因素的基础上进行。
1. 天线频带通信电子领域中的天线设计需要根据通信频率来确定天线频带。
天线频带是指天线能够有效接收和发射电信号的频率范围。
对于某些通信领域，例如无线电通信、卫星通信和雷达通信等，天线频带的选择非常关键。
天线频带通常是由天线的物理结构和电性参数决定的。
因此，在天线设计中，需要根据具体的通信需求来选择合适的天线频带。
2. 天线效率天线效率是指天线输出功率与输入功率之比。
天线效率的大小决定了天线的效能。
在通信中，天线效率的大小会影响通信中所需的信号传输功率和系统的噪声温度。
因此，天线效率的优化设计是提高通信信号质量和实现能量利用效率非常重要的一步。
3. 天线匹配天线匹配是指天线与发射线路之间的电特性匹配。
天线匹配的好坏会影响发射的信号的强弱和接收到的信号的质量。
通信技术中的天线设计与优化要点
通信技术中的天线设计与优化要点近年来，随着通信技术的不断发展，天线设计和优化在通信系统中起着越来越重要的作用。
天线是通信系统中的核心组成部分，它的设计和优化关系到整个系统的性能和稳定性。
本文将重点探讨通信技术中的天线设计与优化要点。
首先，天线设计中的一个重要要点是频率选择。
在通信系统中，天线的频率选择是非常关键的，它直接影响到通信系统的传输性能。
根据通信系统的频段和要求，选择合适的频率范围是非常重要的。
天线的频率选择应根据系统所需的通信频段进行调整，以保证天线的工作频率与系统的工作频率一致，从而确保通信质量的稳定和良好的信号传输。
其次，天线设计中的另一个关键要点是天线增益。
天线增益是衡量天线辐射功率的参数，也是评价天线性能好坏的重要指标。
天线增益的大小直接影响到通信系统的发射和接收距离。
为了提高通信系统的传输距离和传输功率，天线的增益需要进行优化设计。
在实际设计中，可以通过改变天线的结构、材料和方向性等方式来实现天线增益的优化。
此外，天线设计中的天线效率也是一个需要关注的要点。
天线效率是衡量天线能量转换效率的指标，也是评价天线性能好坏的重要参数。
天线的效率高，意味着更多的能量可以被有效地传输和利用，提高了通信系统的传输质量和信号覆盖范围。
天线的效率可以通过优化天线的设计、减少衰减、提高天线材料的选择等方式来提高。
另外，天线设计中的天线的方向性也是一个重要的要点。
天线的方向性决定了天线辐射和接收信号的特性，对于通信系统来说具有重要的影响。
在通信系统中，天线的方向性应根据实际需求进行选择和调整。
对于无线通信系统来说，天线的辐射范围和方向性需要根据通信的覆盖范围和信号强度需求进行合理设计和调整，以达到最佳的通信效果。
最后，天线设计中的天线的多路径干扰抑制也是一个关键要点。
多路径干扰是通信系统中常见的问题之一，它会导致信号的多次反射和传播延迟，影响信号的传输质量。
在天线设计中，通过合理设计和优化天线的位置、方向和形状等因素，可以有效地抑制多路径干扰，提高通信系统的抗干扰能力和信号传输质量。
接收灵敏度的解析与调试
具体问题具体分析，没有包医百病的妙药 学会思考和解决问题的逻辑，方可得心应 手
END
记住：不存在所谓的经典匹配。实际应用中因器件之间有传输 线，所以不一定会按理想情况变化，所以要做到得心应手，就 必须学习传输线理论
三、传导灵敏度调试一
例：
公共通路上一般会有耦合器，有些案子会有SAW，此时耦合器与射频测试座之间的匹配网络 影响通路阻抗的收敛性，耦合器与ASM ANT口之间的匹配网络影响通路阻抗的位置。
通过ADS仿真，1，2，3端口都是50OHM时
通过在ANT端（1口）并47NH，让S11走到50OHM
当把ANT调到50OHM时， TX PORT会收敛
不是仿真软件不好用， 是我们建模不准确
三、传导灵敏度调试一
同理将TX端调到50OHM，ANT端也会收敛
三、传导灵敏度调试二
除匹配影响传导接收灵敏度外
1. 收敛性调试：
A.由于涉及频段较宽，因此所用器件需谨慎（无源和有源双重验证），个人认为一般串 1NH~2.4NH左右的电感，影响收敛比较明显，如图C1106。并联器件一般起微调作用，不宜 选择小电感，一般大于27NH。并联电容影响明显，一般会导致发散。
B.器件的拓扑结构对收敛性有明显地影响。以射频测试座为2端口，ASM ANT口为1端口，此
1. TX与RX隔离度，TX落在RX的噪音要小于热噪音 2. 电源噪音 3. 退藕电容，滤波效果差，可能引起互调 4. PCB走线干扰 5. 接地
如果校准FAIL，要先看LOSS是多少， 如果LOSS较大，基本上是没通
6.双工与TRX的温度特性，FDD有这种可能 7.软件算法，用稳定的版本先验证硬件，如ELNA
结构优化的灵敏度分析课件
02
灵敏度分析概述
灵敏度分析的定义
定义
灵敏度分析是一种研究模型输出 变化对输入参数变化的敏感程度 的方法。
解释
在结构优化中，灵敏度分析用于 量化模型性能对设计参数的敏感 性，以识别关键设计参数并优化 结构。
灵敏度分析的目的
01
02
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目的1
目的2
目的3
识别关键设计参数。通过灵敏度分析，可 以确定哪些参数对模型输出影响较大，从 而重点关注和优化这些参数。
3. 根据灵敏度分析结果，调整设计参数以改善车身结构的 碰撞性能。
关键点：在车身结构碰撞性能优化中，灵敏度分析有助 于在众多设计参数中筛选出关键参数，提高优化效率， 同时保证汽车的碰撞安全性。
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结构优化灵敏度分析展望 与挑战
结构优化灵敏度分析的未来发展趋势
多学科交叉融合
未来的结构优化灵敏度分析将更加注重多学科交叉融合， 涉及力学、数学、计算机科学等多个领域，以更全面地研 究和解决实际问题。
指导优化算法的改进方向
灵敏度分析可以揭示设计变量与目标函数之间的关系，为优化算法的改进提供指 导。例如，针对灵敏度较高的设计变量，可以采用更精细的搜索策略，以提高优 化精度。
结构优化中的参数灵敏度分析
参数定义与分类
参数灵敏度分析关注结构优化问题中的参数变化对目标函数的影响。参数可分为设计参数（如材料属 性、截面尺寸等）和约束参数（如载荷、边界条件等）。通过参数灵敏度分析，可以识别出对目标函 数影响显著的参数。
有限差分法适用于目标函数和约束条件难以显式表达或无法直接求导的情况。它是一种通用性较强的方 法，但受限于数值近似的精度和步长的选择。
伴随变量法
原理
伴随变量法通过引入伴随变量， 构建伴随方程来求解灵敏度。它 基于最优控制理论和拉格朗日乘 子法，将灵敏度分析问题转化为 求解伴随方程的问题。
接收灵敏度和噪声系数ppt课件
接收机解调门限的定义
在一定的误码率BER前提下，接收机接收到的信 号应不低于接收机解调门限，接收机才能正确解 调接收到的信号。接收机解调门限表示为Eb/Nt， 是指每比特能量与噪声功率谱密度之比。
精选ppt
3
S(dBm) = NT0(dBm) +10log(BW)+ NF(dB) + Eb/Nt_req
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8
在Layout 时，其接收路径走线尽 可能短，线宽尽可能宽，这样才能 将其Insertion Loss 降低，甚至 必要时，可以将走线下层的GND 挖空，如此便可以在阻抗不变的情 况下，进一步拓展线宽，使其 Insertion Loss 更为降低
LNA 输入端的Loss，除了Insertion Loss，也包含了 Mismatch Loss，因此之所以做接收路径的匹配，主要 也是为了降低Mismatch Loss，以便进一步降低Noise Figure，达到提升灵敏度之效。
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14
按照GPS系统设计指标，L1频段的C/A码信号的发射为 P=26.8dBw，大气层衰减为A=2.0dB,则GPS 系统L1 频 段C/A 码信号到达地面的强度为：
PC/A=P-F-A =26.8-182.4-2.0
=-157.6dBw
GPS ICD（Interface Control Document，接口控 制文档）中给出的GPS 系统L1 频段C/A 码信号强度 最小值为-160dBw，和上述结果一致。在实际场景中， 由于卫星仰角的不同、以及受树木、建筑物等的遮挡， L1 频段C/A 信号到达地面的强度可能会低于160dBw。
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手机天线原理和设计PPT课件
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。
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
• 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。
手机天线原理和设计ppt课件
手机天线原理和设计
天线基本概念
• Return Loss（回波损耗S1பைடு நூலகம்）
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。
XY平面为H面，YZ面E1面，XZ面E2面。
天线性能对高频通信的优化设计研究案例分析
天线性能对高频通信的优化设计研究案例分析在当今的通信领域，高频通信正逐渐成为关键的技术方向。
高频通信具有高带宽、高速率等显著优势，然而，其对天线性能的要求也极为严苛。
天线作为通信系统中的关键组件，其性能直接影响着通信的质量和效率。
为了实现高频通信的优化，深入研究天线性能及其设计至关重要。
在一个典型的高频通信系统中，比如 5G 毫米波通信，天线的性能参数众多，其中包括增益、方向性、带宽、效率等。
这些参数相互关联，共同决定了天线在特定高频频段内的通信表现。
以增益为例，较高的天线增益能够有效地增强信号强度，扩大通信覆盖范围。
但要实现高增益并非易事，需要在天线的结构设计、材料选择以及馈电方式等方面进行精心优化。
例如，采用阵列天线的设计，可以通过多个单元天线的协同工作来提高增益。
在一个实际案例中，某通信公司研发的 5G 毫米波基站天线，通过采用 128 单元的阵列结构，成功实现了 30dBi 以上的增益，大大提升了通信距离和信号质量。
方向性也是天线性能的一个重要方面。
具有良好方向性的天线能够将能量集中在特定的方向上，减少信号的散射和干扰。
在城市环境中，由于建筑物的遮挡和多径传播的影响，方向性良好的天线能够有效地穿透障碍物，提高信号的接收强度。
比如，一款专门为智能交通系统设计的车载毫米波天线，通过采用波束赋形技术，实现了窄波束的定向发射和接收，有效地减少了与其他车辆通信时的干扰，提高了通信的可靠性。
带宽则决定了天线能够传输的信号频率范围。
在高频通信中，往往需要较宽的带宽来支持高速的数据传输。
为了拓展带宽，天线的尺寸、形状以及介质材料等都需要进行针对性的设计。
以一款用于卫星通信的高频天线为例，通过采用特殊的微带结构和低损耗的介质基板，成功实现了 2GHz 的带宽，满足了大容量数据传输的需求。
天线的效率也是一个不容忽视的性能指标。
效率低下的天线会导致大量的能量损耗，影响通信系统的整体性能。
在实际设计中，通过优化天线的阻抗匹配、降低导体损耗和介质损耗等方式，可以提高天线的效率。
天线性能对高频通信的优化设计研究案例探讨
天线性能对高频通信的优化设计研究案例探讨在当今的通信领域，高频通信技术正以其高带宽、大容量和高速率的特点，成为满足日益增长的数据传输需求的关键手段。
然而，要实现高效、稳定的高频通信，天线性能的优化设计至关重要。
本文将通过一系列实际研究案例，深入探讨天线性能对高频通信的影响以及相应的优化策略。
一、高频通信与天线性能的关系高频通信通常指频率在 3GHz 以上的通信频段。
在这个频段，电磁波的传播特性与低频段有很大的不同。
信号的衰减更大，穿透力更弱，对天线的方向性、增益、带宽等性能指标提出了更高的要求。
天线作为通信系统中信号发射和接收的关键部件，其性能直接决定了通信的质量和距离。
例如，高增益的天线能够增强信号的发射强度和接收灵敏度，从而扩大通信覆盖范围；宽频带的天线可以支持更宽的频率范围，提高通信系统的适应性；良好的方向性可以减少干扰，提高信号的传输效率。
二、天线性能优化设计的关键因素（一）天线的结构设计天线的结构形式对其性能有着决定性的影响。
常见的天线结构包括偶极子天线、微带天线、阵列天线等。
在高频通信中，由于波长较短，微带天线和阵列天线因其体积小、重量轻、易于集成等优点而得到广泛应用。
通过合理设计天线的形状、尺寸、馈电方式等，可以有效地改善天线的性能。
（二）材料选择天线所使用的材料也会影响其性能。
在高频通信中，通常需要选择具有低损耗、高介电常数和良好导电性的材料。
例如，采用陶瓷基复合材料或高分子聚合物作为基板，可以降低天线的损耗，提高天线的效率。
（三）阻抗匹配为了实现最大功率传输，天线的输入阻抗必须与传输线的特性阻抗相匹配。
通过调整天线的结构参数或使用匹配网络，可以实现良好的阻抗匹配，减少反射损耗，提高信号传输效率。
（四）多频段设计随着通信业务的多样化，天线需要能够同时工作在多个频段。
通过采用多频段设计技术，如加载枝节、开槽等，可以使天线在不同的频段都能保持良好的性能。
三、研究案例分析（一）5G 基站天线的优化设计5G 通信采用了更高的频段，对天线的性能提出了更高的要求。
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天线接收灵敏度优化设计
E案例分析
E案例分析
改善措施: 采用导电布在上图红色圈出部分加强屏蔽.
E案例分析
E案例分析
天线接收灵敏度优化设计
天线角度优化设计
天线接收灵敏度优化设计
天线空间需求
天线接收灵敏度优化设计
aboutλ/4
天线辐射系统电流分布示意图
PIFA, monopole 都是四分之一波长天线, 另外四分之一波长电流路径 是四分之一天线对称的PCB GND来实现, PCB + antenna 构成了完整的天 线辐射系统.
原理图设计优化
LCM 部分原理图设计:
通常LCM属于一个比较大的干扰源,尤其LCM 靠近天线布局, 滤波排容必须预留. 如果是翻盖滑盖机型, FCP 比较长, 该滤波器件请选用串接的EMI方式.
天线接收灵敏度优化设计
原理图设计优化
LCM 部分原理图设计:
天线接收灵敏度优化设计
原理图, PCB布局与 Layout角度优化设计
天线接收灵敏度优化设计
原理图设计优化
CAM 原理图设计:
通常CAM属于一个比较大的干扰源,尤其CAM靠近天线布局, 滤波排容必须预留. 如果是翻盖滑盖机型, CAM FCP 比较长, 该绿波器件请选用EMI如二图示意
天线接收灵敏度优化设计
C案例分析
C案例分析
主板表层靠近天线附 件的Vbatt，VBB，VRF等电 源线
C案例分析
BB芯片的屏蔽盖有一边没接触到地，有个很大的缝隙。
C案例分析
屏蔽表层VBATT等电源线
加强BB芯片部分屏蔽处理
C案例分析
按照以上处理后天线的3D耦合测试数据如下，可见天线接收GSM ch975 TIS明显提高
天线接收灵敏度优化设计
D案例分析
D案例分析
主板如下图所示，长度为64mm（偏短 天线正下方有FM发射器件，如
）而且没做任何延长主板地的措施
图所示
D案例分析
使PCB延長 主板地和按键板处分导通，延长主板地
D案例分析
延長PCB ground 對 GSM band gain 會有所提昇, TIS 提高約 2dB, 去除FM發射器可改善DCS ch885 TIS至-101dBm.
靠近天线馈点, 电流强度越强,如果干扰源靠近该处, 引入的noise就会越 大.故天线馈入端尽量减少干扰干扰源, 如果有这样的干扰源,则要做好屏蔽, 滤波处理, 如CAM FPC,RF模块等.
PIFA Design Notice
紅字為最低要求, 請確實評估, 無法達到要求請客戶自行承擔風險
PIFA Design Notice
天线接收灵敏度优化设计
天线接收灵敏度优化设计
天线接收灵敏度优化ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ计
A案例分析
現象描述:
A 案例, 整机测试EIS 只有-97dbm;
A案例分析:
LCM引入干扰, EIS 会降低6.5-9dBm. CAM 引入干扰, EIS会降低6-7dBm. LCM 与CAM是引起EIS 偏低的两个干扰源.
天线接收灵敏度优化设计
A案例分析
天线接收灵敏度优化设计
B案例分析
現象描述:
B案例, 整机测试EIS 只有-96 ~ -100dbm;
B案例分析:
LCM引入干扰, EIS 会降低 5~6.5dBm. CAM 引入干扰, EIS会降低 2~3dBm. LCM 与CAM是引起EIS 偏低的两个干扰源.
天线接收灵敏度优化设计
B案例分析
B案例改善措施: CAM FPC 没有GND屏蔽层, 并且CAM的数据控制线没有预留滤波
器件, CAM FPC 焊盘处于天线下方; 采用导电布将CAM FPC 屏蔽接地, EIS 可以提高 1.5~2dBm.
天线接收灵敏度优化设计
B案例分析
B案例Layout 分析:
绿色区域是CAM线, 并且走在LCM下面, LCM没有带接地屏蔽框,能很好的 屏蔽CAM Layout Line 的辐射出的Noise,降低ESI; 蓝色Line是LCM 边框线.
隙 天線下方走線請避免走表層, 並用ground做好屏蔽, FPC請用銀漿或導電
布shielding 天線離周圍電子器件請保有3mm以上空間 如天線設計在手機板下方, 與電池最少保留10mm距離
Monopole Antenna Design Notice
手機厚度 < 12mm建議使用monopole design 滑蓋機, 掀蓋機, 薄型機建議使用monopole antenna 手機下方必須為裸銅區, 裸銅區長度須大於7mm 滑蓋機上下板必須與金屬滑軌接地 掀蓋機必須透過 hinge & LCM FPC 來使上下板接地 天線離電池須保持10mm以上距離 需透過匹配電路優化駐波比
A案例改善措施: 将LCM两端的两个大的GND
PAD 接地处理, ESI可以提高56dBm.
A案例分析
天线接收灵敏度优化设计
A案例改善措施: CAM FPC 没有GND屏蔽层,
并且CAM的数据控制线没有预留 滤波器件, CAM FPC 焊盘处于天 线下方;
采用导电布将CAM FPC 屏蔽 接地, EIS 可以提高5-6dBm.
天線高度是指天線本體到最接近金屬物件的高度, 如屏蔽罩, 不是到PCB ground才算天線高度
天線空間&高度評估請參照上頁 手機中除天線本體外, 任何金屬物件, 如金屬前殼,後殼,電池蓋,LCM
shielding & 按鍵板 請務必確實接地 天線下方有打件區域, 務必上屏蔽罩, 且屏蔽罩需完整, 避免開槽或有間
同层LCM 临近MCP线布线, 蓝色圈内是MCP Layout Line, 红色圈是LCM Layout Line线; 干扰远应该是MCP Noise耦合到LCM Layout Line线, 经过LCM FPC 辐射出来, 从而使得ESI 降低 5-6dBm.
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
B案例改善措施: 将LCM两端的两个大的GND PAD
接地处理, ESI可以提高 2 ~ 4dBm.
B案例分析
天线接收灵敏度优化设计
B案例分析
B案例分析:
分析LCM Layout Line, 右图一MCP线与LCM线相邻层平行走线, 紫色为LCM Layout Line, 相邻的 绿色为MCP Layout Line线;