手机天线原理和设计.ppt

手机天线原理和设计 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（omni-directional）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） Gain＝Directionality × Efficiency 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。 XY平面为H面，YZ面E1面，XZ面E2面。 基站 X Y Z 天线原理 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。 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。 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) 顶视 (水平方向图) dipole (with Gain) 垂直波束 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。 Area of poor coverage directly under the antenna Beamwidth EIRP（ Effective Isotropic Radiated Power ） EIRP = transmitter power + antenna gain – cable loss Power Setting dBm 100 mW 20 dBm 50 mW 17 dBm 30 mW 15 dBm Gain@ 6 dBi Patch EIRP 6 dBi 26 dBm 6 dBi 23 dBm 6 dBi 21 dBm 20 mW 13 dBm 15 mW 12 dBm 5 mW 7 dBm 1 mW 0 dBm 6 dBi 19 dBm 6 dBi 18 dBm 6 dBi 13 dBm 6 dBi 6 dBm 内置天线分类 PIFA Planar Inverted F Antenna Internal Planar Monopole 内置平面单极天线 Internal Helix 内置螺旋天线 手机结构 vs 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） L=35~40 w=15~25 H=6~8 Feed pin short pin Ground Antenna 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。 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 ×7～8mm 三频（GSM/DCS/PCS）：700 ×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。 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） 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。 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。 PIFA增益偏低。 结构单调，不易与当