手机内置天线环境设计

一、内置天线对于手机整体设计的通用要求

 1.  主板

     a.  布线

     在关联RF的布线时要注意转弯处运用圆弧处理， 好铺地隔离和特性阻抗的仿真。同时RF地要合理设计。PCB板和地的边缘要打地墙”。为减少功率损耗，从RF模块引出的天线馈源微带线，不要布在PCB的中间层，应设计在TOP面为宜，并且在与屏蔽盒交叉处屏蔽盒要做开槽避让设计，以防短路及和旁路耦合。天线RF馈电焊盘应采用圆角矩形盘，焊盘含周边≥0.8mm的面积下PCB所有层面不布铜。双馈点时RF馈电焊盘尺寸为3×4mm，RF焊盘与地焊盘的中心距应在4mm。三馈点时RF馈电焊盘尺寸为2×4mm，RF焊盘与地焊盘的中心距应在3.5mm。

     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。如有含金属结构的元件，如喇叭、振子、带金属基板的摄像头等，其金属部分金属要尽量接地。

     对于折叠和滑盖机，应避免设计长度较长的FPC，最好在FPC两面加接

地屏蔽层。

   c. 常见问题

      1. 天线灵敏度偏低

     如果模块线测满足指标，天线的辐射功率也已达到要求，灵敏度偏低原因是在主板设计方面。天线的空间辐射被主板部分吸收后产生一定的射频噪声，导致接收灵敏度降低。因此，解决问题应从主板的布线、布板入手，按通用要求分析或试验实测，找出问题后修版。

      2. 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。

    机壳

   a. 由于手机内置天线对其附近的介质比较敏感，因此，外壳的设计和天线性能有密切关系。

      外壳的表面喷涂材料不能含有金属成分，壳体靠近天线的周

围不要设计任何金属装饰件或电镀件。若有需要，应采用非金属工艺实现。机壳内侧的导电喷涂，应止于距天线20mm处。

      对于纯金属的电池后盖，应距天线20mm以上。如采用单极（monopole）天线，面板靠近金属部分禁用金属类壳体及环状金属装饰。

      电池（含电连接座）与天线的距离应设计在5mm以上。

二、 机内置天线的分类

 1. PIFA皮法天线

    a.  天线结构如图所示:

高度要求：辐射体与PCB主板TOP面的距离 （高度）6～7mm，                                                        

面积要求：GSM900~1800双频面积需要600～700mm  。                                                  

          GSM850~1800双频面积需要750～800mm  。

            GSM900~1800+PCS1900三频面积需要800～900mm2。

            如果 四频手机，需要 成两只天线放在手机两端. PIFA皮法天线如按上述要求设计环境结构，TRP、TIS指标和SAR指标应相当好，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。 （如果天线高度、面积要求，都按照上述要求的最底线 的话，TRP、TIS指标应当没问题，但天线的驻波比可能会稍高一些） 

                                      

    b.  主板

       天线投影区域内有完整的铺地，同时不要在                                                     

  天线投影区域和距天线3mm 范围内安排有较大金属结构的元件，特别是振子、SPEAKER、 RECEIVER等。它们对天线的电性性能有很大的负面影响。

   c. 天线的馈源位置两个馈电点的位置如图所示：

      如果天线辐射体长度和宽度相近的

   情况下，一般建议馈电点设计在左上方或右上方；如果天线辐射体长度较长，宽度较小的情况下，一般建议馈电点设计在左下方或右下方

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单极天线

   a.  天线结构

          如图所示，辐射体有效面积350～400mm ，与PCB主板TOP面的距离 （高度）4～5mm。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，同时也不要安排振子、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

            馈电点的位置如图所示。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。

   b. PCB式

     MONOPOLE单极天线的辐射体采用PCB板，与主板的馈电有簧片和PIN方式，热熔在塑胶支架上。还可以在机壳上 定位卡勾安装。

   c.  特殊结构

     天线设计在手机顶部立面 （厚度）上，用金属丝成型，如MOTO的V3、V8超薄系列，他们为天线设计的金属空白区域很大 （天线距离主                                      主板PCB板地很远），实际上这是属于天线的一部分。国内仿制失败的原因是没有给这个金属空白区域。这种形式环境设计和天线设计均有难度，需慎重选择。

     另一种是称为假内置”的形式，相当于将外置天线移到机内，体积很小，用PCB或陶瓷材料制成。这种天线带宽、辐射性能较差、成本高，不建议采用。

       三、手机内置天线形式比较

           这里简单比较一下两种主流PIFA和MONOPOLE单极

       天线，以及分别适用的机型结构：

 

         

	有效面积 mm^2	距主板 mm	天线投 影下方	天线 馈源	天线 体积	电性能	SAR
PIFA	700	7	有地	2	大	很好	低
单极	400	5	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
PIFA	适用	适用	适用	适用	不适用	不适用
单极	不适用	不适用	不适用	适用	适用定制	适用

 

四、建议

     手机公司和天线公司是一个合作、互利的关系，都具有各自的技术优势。很多情况下，手机公司因为某一款机型的天线性能未达标，而被迫更换天线公司，结果也未尽人意，只好听取天线工程师的改进意见，项目进程延迟。但此时的造型、机壳模具、主板可变化的空间很小，最终勉强上市，或推翻方案，造成很大的损失。因此，建立良好的沟通是十分必要的。在手机方案设计时，尤其在产品造型和结构设计阶段让天线公司的工程师参与进来，对天线相关的一些方案提出建议，共同研讨，设计出比较合理的外观造型和射频环境结构，提高天线的电性能指标，使手机产品在整体性能方面有较高的品质。

     希望信格诺公司上述内容能对手机公司方案设计、特别是有关天线环境的设计有参考价值，加强手机方案设计的各专业工程师对天线特性更深入的了解。减少项目在时间、人力物力方面的损失。让我们通力合作，把国内手机与国际大公司的水平差距进一步缩短，从而提高国产品牌的市场竞争力。