1、第六講 手機天線類型比較和結構射頻規則一、 各種手機內置天線的特點和演變過程在常見的手機天線結構中，陶瓷介質天線由于Q值很高，帶寬窄，損耗大，并且易受環境的影響而產生頻率漂移，因此不推薦作為手機主天線使用，但由于其尺寸小的優勢，可以用作對接收靈敏度要求不高的藍牙天線。PCB板天線也一般僅僅是通過將外置單極子天線通過PCB過孔和PCB走線將輻射體做在PCB板上，并利用介質板的介電常數在一定程度上減小天線尺寸的形式，這種天線也由于介質板的損耗常數而產生一定的損耗，所以在大多數高端機情況下也不推薦使用，僅在少數低端機和工作頻點較少的情況下才為節約成本而使用。PCB天線可作外置天線也可作內置天線。PI

2、FA天線自產生以來，一直到今天都一直是內置天線的主要形式，因為它尺寸較小，可以充分利用PCB板作為接地面，并通過接地片將諧振長度縮小為四分之波長。但是隨著手機小型化和集成度更高的發展要求，原有PIFA天線逐漸顯示出一些對結構方面的嚴格限制。于是有不少業界領先的手機制造商Motorola、Samsung、Sony-Ericsson等公司逐漸改變手機天線的設計風格，改用各種變形的單極子天線設計，這樣就減小了結構對天線的依賴性，增加了手機外觀的靈活性。比如索愛E908的菱形天線設計，Samsung E708的城墻線（Meander）天線設計，以及Motorola V3中使用的一個金屬銅棒作為天線的設

3、計。這些新型的天線設計顯示了高超的設計技巧，它們往往不易被天線其他天線廠家和手機廠家模仿，并逐漸發展成手機天線廠家之間和手機廠商之間競爭的一項核心技術。二、 PIFA天線和單極子天線的性能比較前面我們已經分別對單極子天線和PIFA天線的一般特性進行過分析，下面我們在幾種重要的特性方面比較一下兩種天線性能的優劣。1 空間結構要求兩種天線的設計對空間的預留都必須考慮Chu極限定理，但在組成上，PIFA要求必須有一個輻射單元和一個大的接地面，兩者互相平行，并且輻射體和接地面之間必須有一個不小的間距。接地面和輻射體都是物理實體，它們必須位于手機上，所以對結構限制較大。采用PIFA天線手機不可能做得很薄

4、。而采用單極子天線進行設計，則天線僅有一個輻射體而沒有地面，因此它對輻射空間的要求就僅僅是天線輻射體周圍的空間而沒有地面的限制，天線占用的輻射空間可以不在手機體上而在手機周圍的外界空間。因此對結構的限制較小。2 可靠性PIFA天線需要兩個Pin腳，而單極子天線僅僅需要一個Pin腳。如果PIFA天線的接地Pin腳接觸不可靠，則對天線的性能會產生較大的影響，已經有天線廠家提供的相關結論證實。單個觸點產生的天線問題更容易排查，因此單極子天線比PIFA天線具有更高的可靠性。3 地面的尺寸對天線性能的影響對PIFA天線來說，最優的帶寬出現在接地面的尺寸大約為0.35，0.85和1.35處。接地面上的最小

5、電流周期為0.5。而對單極子天線來說，則不存在最優尺寸限制。而接地面長度的變化對頻率和帶寬的影響如下表所示（資料來源于臺灣中山大學相關仿真實驗結果）：從上表可以看出，由于接地面的存在，PIFA天線的工作頻率變得相當穩定，受外界環境因素的影響很小。這也是PIFA天線在傳統內置天線手機中備受青睞的一個重要原因。4 SAR值比較采用PIFA天線作為內置天線設計，由于能量只在手機外側半空間輻射，并有較高的前后比，因此具有較好的SAR值。而采用單極子變形天線，能量在全空間輻射，因此SAR值高于PIFA天線，但是內置單極子天線比外置天線SAR值會略好。5 設計難度PIFA天線由于接地面的作用使頻率性能變得

6、十分穩定，因此其設計難度相對較小，任何手機天線廠家都樂于采用PIFA天線做設計。而內置單極子天線受結構件的影響較大，加上人手和使用手機的人體對它的影響都較大，在設計時需要考慮各種環境因素對它的影響，因此設計難度較大。但結合用戶的使用要求，在待機狀態、使用狀態下根據用戶通常的持機習慣結合手機的結構將天線設計成不同狀態下呈現不同的方向圖特性，但最終能夠滿足用戶的要求，這種天線設計方式需要很高的技巧，但也具有很強的市場競爭力，這類手機不易被其他廠家模仿，這也是少數領先的手機廠商在最新上市的殺手锏類機型中通常使用這類天線做手機設計的重要原因。索愛E908中的天線在閉蓋和翻蓋下有不同的方向性，Motor

7、ola V3中用一根金屬棒即可以做設計，都顯示了很高的天線設計技巧。三、 結構射頻規則以下介紹采用PIFA天線和單極子天線做內置天線設計的主要結構規則。規則1 在設計任何種類的移動電話內置天線時，為獲得盡可能好的性能，和天線制造商應在最初階段以來開始設計天線是很重要的，這對內置天線廠家來說尤其重要。規則2 使用盡可能大的空間：對天線性能來說，尺寸越大越好。GSM三頻天線推薦的尺寸是20×40×8mm（PIFA，PCB單側），或14×40mm（Monopole，PCB雙側）。對PIFA天線，輻射體和地面的高度是帶寬的主要決定因素，推薦為8mm，最低不得小于6.5mm

8、。規則3 PCB長度對天線增益有顯著的影響，推薦雙頻PCB長度不得小于80mm。當PCB長度小于80mm時，增益顯著惡化。如做多頻段設計，PCB長度應適當加長。規則4 天線應遠離以下金屬物體，保持6mm以上間距，并要求以下物體有良好的接地：LCD、攝像頭、液晶屏、按鍵等的彎曲電纜、連接振蕩器或揚聲器的導線、含金屬的螺絲或螺母。規則5 饋點和短接電路點接近接地片（手機PCB板）的邊緣，對彈片接觸來說，彎折點和PCB焊點的距離應為45mm。規則6 不要屏蔽焊點，盡可能減少EMC遮護板。規則7 發射片的邊緣盡可能靠近接地片邊緣，甚至可以超出接地片邊緣。規則8 手機所有金屬必須正確接地，避免能量損失和

9、附加不輻射諧振，關注射頻屏蔽罩。規則9 發射片和接地片之間的空間盡可能多地填充空氣，支撐物應盡可能少。規則10 天線推薦和避免放置的位置：避免放置位置規則11 推薦天線形狀為天線結構附近盡量減少其他物體，保持天線為一金屬片狀結構，盡量避免減小天線寬度。（結構）可行但設計難度較大、性能較差的情況是天線上有較大的孔（如測試端口和攝像頭），為安裝電池或其他需要減小天線尺寸（建議電池扣放在側面，以避免影響天線形狀）。規則12 推薦焊盤大小2×3mm，間距2mm。（PCB）規則13 連接天線饋電點的傳輸線盡量采用共面波導結構（CPW）。（結構和PCB）規則14 天線下方盡量減少元件，特別是較高的元件。天線下放置元件的面積最多不超過30，最高元器件與天線的間距最少要確保為2mm。（結構）規則15 不能在天線正下方放置匹配焊盤，匹配元器件應在天線饋電點附近。（PCB）規則16 天線與電池的最小距離為10mm。（結構）規則17 天線不應被耦合到屏蔽罩，所有接地屏蔽應與天線有6mm間隔