手機(jī)PCB天線的設(shè)計(jì)思考概要

1、手機(jī)PCB天線的設(shè)計(jì)思考摘要：天線是手機(jī)的重要裝置，直接影響著手機(jī)通話質(zhì)量。該文 介紹手機(jī)PCB天線的基本結(jié)構(gòu)特性，微帶天線的優(yōu)點(diǎn)及手機(jī)PCB天線在設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮的問題和設(shè)計(jì)思路。關(guān)鍵詞：手機(jī)；天線；設(shè)計(jì)；特性；思考中圖分類號：TN92文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9599 （2011） 200000-01The Desig n Th inking of Phone PCB AntennaWang Huili ng（Beiji ng In formation Techno logy College,Beiji ng100015,Chi na） Abstract:The mobile pho

2、ne antenna is an importa nt device,it can directly impact on the quality of phone calls.The article describes the basic structure of mobile phone PCB antenna characteristics,the adva ntages of microstrip antennas and mobile phone PCB antenna is to be con sidered in the desig n problems and desig n i

3、deas.Keywords:Ph on e;A ntenn a;Desig n;Characteristics;Thi nking一、引言天線是接收與發(fā)射無線電波的重要裝置，在小型便攜無線產(chǎn)品中，天線性 能的優(yōu)劣，直接影響產(chǎn)品的性能。如手機(jī)的天線設(shè)計(jì)的不好，手機(jī)的使用者就 聽不清通話的聲音，因此，天險(xiǎn)對手機(jī)的作用是至關(guān)重要。常見的手機(jī)天線有外置型、和內(nèi)置型兩種。雖然手機(jī)外置天線的接收性能 指標(biāo)相對容易實(shí)現(xiàn)，但考慮到手機(jī)產(chǎn)品的小型化、整體化和便攜的要求，天線 內(nèi)置已成為新型手機(jī)的設(shè)計(jì)主流。手機(jī)內(nèi)置天線通常的做法是將單獨(dú)制造的一塊小尺寸的PCB天線板裝在手機(jī)外殼里面。其PCB的 BOM（ Bill

4、 of Material材料清單）成本可以忽略，只需要考慮其技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和其占用的空間。因此，本文主要討論P(yáng)CB天線的性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)考慮。二、PCB天線的結(jié)構(gòu)特性PCB天線，既可以是小片或小環(huán)，可以是螺旋形或線形。對于通常基于 PCB 的小天線而言，有許多可能的設(shè)計(jì)方法。最常見的是采用開口結(jié)構(gòu)或稱明線， 例如雙極和單極天線；環(huán)狀結(jié)構(gòu)，例如環(huán)狀天線；以及實(shí)心塊結(jié)構(gòu)的微帶天線 等。PCB開口天線實(shí)際上是普通雙極天線的縮微，因?yàn)镠ei nrich Hertz 在1888年的無線電發(fā)射與接收實(shí)驗(yàn)中采用的就是雙極天線（Hertz天線）。這類天線與地平面是平衡的，在有線和衛(wèi)星電視出現(xiàn)前，它是VHF TV

5、最常見的天線形式，也稱半波振子天線。與雙極天線不同，單極天線對地是單端的，所以需要一個地平面。在許多 無線應(yīng)用中，單極天線作為鞭狀天線使用。由于馬可尼早期實(shí)驗(yàn)中采用的就是 這種天線，所以，單極天線也稱馬可尼天線。微帶天線（microstrip antenna ）是70年代發(fā)展和應(yīng)用的新型天線，它是 在一個薄介質(zhì)基片上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻腐蝕方法 制成一定形狀的金屬貼片，禾U用微帶線或同軸探針對貼片饋電構(gòu)成的天線。微 帶天線分三種：（1）貼片形狀是一細(xì)長帶條，則為微帶振子天線。（2）貼片是一個面積單元時，則為矩形微帶天線、圓形微帶天線等。（3）如果把接地板刻出縫隙，而在介質(zhì)

6、基片的另一面印制出微帶線時，縫隙饋電，貝肪勾成微帶縫 隙天線。微帶天線一般應(yīng)用在150GHz頻率范圍，特殊的天線也可用于幾十兆赫。 和常用微波天線相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）體積小，重量輕，低剖面，能與載體 共形。（2）電性能多樣化。不同設(shè)計(jì)的微帶元，其最大輻射方向可以從邊射到 端射范圍內(nèi)調(diào)整；易于得到各種極化。（3）易集成。能和有源器件、電路集成 為統(tǒng)一的組件。三、手機(jī)PCB天線的設(shè)計(jì)考慮由于手機(jī)這一電子產(chǎn)品的電路結(jié)構(gòu)很緊湊，假若采用天線和手機(jī)電路的PC體化設(shè)計(jì)，產(chǎn)品中元件或 PCB的幾何尺寸、PCB天線與周圍元件的相對位 置和布局的任何改變都將影響到天線性能。加之考慮用戶的手、頭部或身體也 會

7、對天線性能產(chǎn)生不利影響。天線的設(shè)計(jì)工作就變得很復(fù)雜。用幾平方厘米的PCB制造一個獨(dú)立天線，PCB布局、手機(jī)器件或用戶對天線的影響就小得多，此 時，天線阻抗由物理設(shè)計(jì)所固定，所以匹配網(wǎng)絡(luò)也就固定，并且與布局、器件 擺放位置無關(guān)。雙極天線、環(huán)形天線、微帶天線都可用 PCB實(shí)現(xiàn)，雙極天線的長度為入/2 ;環(huán)形天線周長為 入；矩形塊天線是長度為 入/2的較寬的微帶傳輸線， 它們都可用一塊多層PCB實(shí)現(xiàn)多個設(shè)計(jì)選擇，包括作為某些結(jié)構(gòu)所需的地平 面。實(shí)際上，天線的設(shè)計(jì)并不簡單，首先是天線面對的電磁場問題，電磁場的 抽象與復(fù)雜是眾所周知。其次，與許多工程設(shè)計(jì)一樣，天線的中心頻率、帶 寬、場模式、效率以及方向

8、圖和增益等指標(biāo)的相容或相斥使得兼顧各項(xiàng)指標(biāo)很 難。第三，評估天線性能并不容易，它需要特殊的測試儀器、無反射的腔室或 開闊地方以及測試者的專業(yè)技能。此外，當(dāng)評估用戶的手對天線的影響，或評 估天線輻射對用戶手的影響時，要進(jìn)行正確的測試設(shè)置，或建模。天線的設(shè)計(jì)還有其它因素在起作用。天線當(dāng)然占用了PCB空間，其性能屬性受臨近器件以及用戶手、頭和身體的顯著影響。人體組織的相對介電常數(shù)是 40,而PCB成分的介電常數(shù)約介于25到85,所以人體組織將激勵共振元素并 影響磁場。另外，當(dāng)為多頻帶操作或方向性圖形狀多樣性設(shè)計(jì)而需要多個天線時，若 干基于PCB天線間以及天線附近區(qū)域其它電子設(shè)備的電磁感應(yīng)，將使天線性能 指標(biāo)的測試非常困難，且其對細(xì)微的布局變化都敏感。天線并非與無線設(shè)備的接收前端或發(fā)射功率功放級隔絕獨(dú)立。進(jìn)行電路設(shè) 計(jì)必須確定天線以及關(guān)聯(lián)級的阻抗，然后設(shè)計(jì)出一個匹配網(wǎng)絡(luò)，以在整個目標(biāo) 帶寬內(nèi)最大化功率傳輸。提升增益、控制帶寬、改變場型或抑制鄰近信號。確保天線阻抗與RF前端相匹配，以使功率傳輸最大化。就成為我們天線設(shè)計(jì)時要達(dá)到的目標(biāo)。參考文獻(xiàn)：1 LAL CHAND GODAR左群聲.無線通信天線手冊M.國防工業(yè)出版社，北 京:2004,12 匡磊,劉燕北.經(jīng)典