手機(jī)內(nèi)置天線知識(shí)-100223

1、手機(jī)內(nèi)置天線知識(shí)講座天線簡(jiǎn)介1 天線 1.1 天線的作用與地位 無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)功率，通過(guò)饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接下來(lái)（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過(guò)饋線送到無(wú)線電接收機(jī)。可見(jiàn)，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個(gè)重要的無(wú)線電設(shè)備，沒(méi)有天線也就沒(méi)有無(wú)線電通信。 天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場(chǎng)合、不同要求等不同情況下使用。 對(duì)于眾多品種的天線，進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸?lèi)是必要的：按用途分類(lèi)，可分為通信天線、電視天線、雷達(dá)天線等；按工作頻段分類(lèi)，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性分類(lèi)，可分為全向天線、定向天線等；按外

2、形分類(lèi)，可分為線狀天線、面狀天線等；等等分類(lèi)。 手機(jī)內(nèi)置天線概況在手機(jī)射頻器件中，天線屬于無(wú)源器件，它在手機(jī)系統(tǒng)中非常重要，主要是基于以下兩個(gè)原因，第一是因?yàn)樘炀€位于整個(gè)手機(jī)電路的最前端，它的性能在很大程度上決定了整機(jī)的性能，非常重要；第二是由于天線是整個(gè)手機(jī)電路中唯一需要“量身定做”的器件，不像其他 IC 都是統(tǒng)一的，天線是手機(jī)中比較特殊的電子/結(jié)構(gòu)件。 目前，在內(nèi)置天線的市場(chǎng)主流中，對(duì)于每一位手機(jī)用戶(hù)而言，在通話(huà)的時(shí)候，突然中斷總是令人生氣，而且，如果接收效果不好，用戶(hù)會(huì)感到不快。對(duì)于手機(jī)的射頻性能來(lái)講，天線的性能極為重要。NOKIA和三星的手機(jī)因其自身的ID設(shè)計(jì)美觀和信號(hào)好而得到了廣泛的

3、消費(fèi)市場(chǎng)。主要原因是他們的初期方案中就已經(jīng)包含了天線相關(guān)的設(shè)計(jì)。由于外觀、主板、結(jié)構(gòu)、天線是作為一個(gè)整體，提供給天線的空間及內(nèi)部環(huán)境十分合理，所以天線性能優(yōu)越也在情理之中。所以前期手機(jī)廠商和天線廠商之間的協(xié)作評(píng)估是十分重要的。 反觀國(guó)內(nèi)的手機(jī)設(shè)計(jì)，各方面的工程師對(duì)天線的認(rèn)識(shí)不足，同時(shí)受外形至上和結(jié)構(gòu)方案的制約，到最后來(lái)“配”天線，這與包含天線的整體方案設(shè)計(jì)有本質(zhì)的區(qū)別。往往就導(dǎo)致留給天線的面積和高度不足，或天線周?chē)h(huán)境復(fù)雜（在天線下面安置喇叭、攝頭、振子等元件），造成天線性能下降。實(shí)際上，這些我們?cè)谠u(píng)估階段雙方進(jìn)行有效溝通，手機(jī)ID、結(jié)構(gòu)、射頻設(shè)計(jì)兼顧天線和整體性能的基礎(chǔ)上，是可以創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的手

4、機(jī)產(chǎn)品的。天線的基本概念天線是無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)中必需的器件，既可以將微波傳輸線上導(dǎo)行波的電磁能量以電磁波的形式發(fā)射出去，也可以將外部電磁波轉(zhuǎn)化為饋線的導(dǎo)行波輸送給接收機(jī)。從本質(zhì)上講，天線是一種換能/轉(zhuǎn)換裝置，它是外部空間電波/電磁場(chǎng)與內(nèi)部電路聯(lián)系的橋梁和紐帶，沒(méi)有天線也就沒(méi)有無(wú)線通信。 天線的電參數(shù)，電參數(shù)是衡量天線性能的尺度。如駐波比(VSWR), 方向性系數(shù)（Directivity）和增益(Gain)等等，天線的這些電參數(shù)將會(huì)直接決定和影響整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對(duì)于手機(jī)而言，會(huì)影響手機(jī)的 TRP(Total Radiation Power)，TIS(Total Isotropic Sensi

5、tivity)等等。1. 反射系數(shù)，駐波比(VSWR)與回波損耗(Return loss) 天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時(shí)饋線終端沒(méi)有功率反射，饋線上沒(méi)有駐波。匹配的優(yōu)劣一般用四個(gè)參數(shù)來(lái)衡量即反射系數(shù)，行波系數(shù)，駐波比和回波損耗，四個(gè)參數(shù)之間有固定的數(shù)值關(guān)系，使用哪一個(gè)純屬于個(gè)人習(xí)慣。在我們?nèi)粘＞S護(hù)中，用的較多的是駐波比和回波損耗。 反射系數(shù)：反射系數(shù)是反射波電壓（或電流）與入射波電壓（或電流）的比值。反射系數(shù)也可以表達(dá)為 如果 傳輸線反射系數(shù) 一定不為 0，此時(shí)天線輸入端的電壓與電流均有入射波與反射波疊加引起，定義電壓振幅最大值與振幅最小值的比為電

6、壓駐波比VSWR(Voltage Stand Wave Ratio)： 由上面的公式同樣可以看出 VSWR 與反射系數(shù)的模 有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。反射系數(shù)既有幅度又有相位，是一個(gè)復(fù)數(shù)，一般情況下沒(méi)有特殊說(shuō)明，都是指幅度。符合能量守恒定律，發(fā)射波的能量不會(huì)大于入射波。由于反射系數(shù)使用不太方便，人們引入另外一個(gè)量，反射損耗(Return Loss)： 反射系數(shù) ，VSWR 與 Return Loss，是用來(lái)衡量天線匹配優(yōu)劣的三個(gè)參量，三個(gè)參數(shù)之間有固定的數(shù)值關(guān)系，使用哪一個(gè)純屬于個(gè)人習(xí)慣。在天線測(cè)試報(bào)告中，用的較多的是駐波比和回波損耗。 2.天線的效率天線效率是表示能量轉(zhuǎn)換的有效程度，天線的效率定義為

7、天線輻射功率與輸入功率之比：傳輸效率等于饋線輸送給天線的能量除以輸入的能量現(xiàn)需要指出的是 并不等于天線輻射的能量 ， 因?yàn)樗徒o天線的能量 中的一部分被損耗（包含導(dǎo)體損耗，介質(zhì)損耗，表面波損耗等等），另外一部分被存儲(chǔ)，只有其中的一部分 通過(guò)天線發(fā)射出去。3.天線的極化天線向周?chē)臻g輻射電磁波，電磁波由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。電磁波的極化是指天線在最大輻射方向上電場(chǎng)矢量隨時(shí)間的變化方向。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度變化方向垂直于地面時(shí)，此電波就稱(chēng)為垂直極化波；當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度變化方向平行于地面時(shí)，此電波就稱(chēng)為水平極化波。根據(jù)電場(chǎng)矢量的端點(diǎn)軌跡形狀，電磁波的極化分為三種：線極化，圓極化，和橢圓極化，其中線極化又分為垂直線極化和水平

8、線極化，圓極化分為左旋圓極化與右旋圓極化，橢圓極化分為左旋橢圓極化與右旋橢圓極化。與此相對(duì)應(yīng)，天線也分為三種：線極化天線，圓極化天線和橢圓極化天線。當(dāng)天線接收電磁波時(shí)，天線的極化特性必須與被接收的電磁波的極化特性一致。否則只能收到部分能量，甚至完全不能接收。垂直極化波要用垂直極化天線來(lái)接收，水平極化波要用水平極化天線來(lái)接收。右旋圓極化波要用右旋圓極化天線來(lái)接收，而左旋圓極化波要用左旋圓極天線來(lái)接收。當(dāng)來(lái)波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，接收到的信號(hào)會(huì)變小，也就是說(shuō)，發(fā)生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極化損失-只能接收到

9、來(lái)波的一半能量。當(dāng)接收天線的極化方向與來(lái)波的極化方向完全正交時(shí)，例如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來(lái)波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來(lái)波時(shí)，天線就完全接收不到來(lái)波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱(chēng)極化完全隔離。 4.方向性系數(shù)發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周?chē)臻g輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。為了定量的描述天線方向性的強(qiáng)弱，定義天線的遠(yuǎn)區(qū)輻射方向上某點(diǎn)的功率密度與輻射功率相同的無(wú)方向性天線在同一點(diǎn)的功率密度之比，為天線的方向性系數(shù)D (Directivity)不同天線都取無(wú)方向性天線作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，因而能夠比較出不同天線最大輻射的相對(duì)大

10、小。 根據(jù)方向性系數(shù)的定義以及上面的例子，可以得到以下結(jié)論：（1） 方向性是與輸入功率、輸出功率無(wú)關(guān)的一個(gè)參數(shù)，因此也與天線的效率無(wú)關(guān)，它僅僅描述了天線輻射的功率密度在空間相對(duì)的分布情況；（2） 在輻射功率相同的情況下，有方向性天線在最大輻射方向上的功率密度是無(wú)方向性天線的D 倍. 但是增加的這部分功率密度也不是憑空而來(lái)，而是天線把其他方向上的輻射功率都加強(qiáng)到此方向上的緣故.方向性系數(shù)也可以用dB 表示，對(duì)稱(chēng)振子的方向性系數(shù)為：5.頻帶寬度天線的所有電參數(shù)都和工作頻率有關(guān)，任何天線的工作頻率都有一定的工作范圍，當(dāng)工作頻率偏離中心頻率時(shí)f。時(shí)，天線的電參數(shù)變差，其變差的容許程度取決于天線設(shè)備系統(tǒng)

11、的特性要求。當(dāng)工作頻率變化時(shí)，天線的有關(guān)電參數(shù)變化的程度在允許的范圍之內(nèi)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍成為頻帶寬度。工程上常以通頻帶與中心頻率的比值作為相對(duì)帶寬。天線帶寬主要決定于天線型式和結(jié)構(gòu)。當(dāng)頻率變動(dòng)時(shí)，天線、饋線之間的阻抗不匹配會(huì)引起饋線上駐波系數(shù)增大。若規(guī)定容許駐波系數(shù)變化極限，便可確定天線的帶寬。對(duì)一般線天線，如規(guī)定駐波系數(shù)為1.52時(shí)，其相對(duì)帶寬約為百分之幾；天線帶寬可以通過(guò)多種技術(shù)增大，如使用較粗的金屬線，使用金屬“網(wǎng)籠”來(lái)近似更粗的金屬線。對(duì)于粗天線，帶寬可達(dá)百分之幾十。 手機(jī)天線的基本概念及測(cè)試原理天線設(shè)計(jì)公司對(duì)天線調(diào)試完成后，相應(yīng)都會(huì)出具一份測(cè)試報(bào)告，可以通過(guò)報(bào)告中天線參數(shù)（測(cè)試指

12、標(biāo)）判斷天線性能的優(yōu)劣，決定是否可以接受當(dāng)前的天線性能一份完整的天線測(cè)試報(bào)告，應(yīng)該包括無(wú)源參數(shù)和有源參數(shù)。當(dāng)然根據(jù)測(cè)試的目的，一些參數(shù)在報(bào)告可以不予體現(xiàn)。1. VSWR 與 Return Loss VSWR 與 Return Loss 是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，它是天線調(diào)試過(guò)程中第一個(gè)需要測(cè)試的參數(shù)，它的重要性體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面： 1） 直接決定天線的傳輸效率，間接影響天線的輻射效率： 2） 直接決定導(dǎo)行波反射能量的大小，潛在影響 PA 的壽命： 在 PA 的 Spec 中都有一個(gè)參數(shù) Load Pull，它允許 PA 在一定的負(fù)載失配情況下可以正常工作，盡管如此，如果 VSWR 太大，從而導(dǎo)致反

13、射能量太大，這一部分能量必然會(huì)重新返回 PA。由于導(dǎo)行波的反射而導(dǎo)致的能量損耗為 （ 符合能量守恒定律，反射和傳輸部分之和為1），如果 PA 長(zhǎng)期工作在這種不匹配狀態(tài)，必然會(huì)縮短PA 的壽命。下表 給出 VSWR，Return Loss，Reflection Coefficient 與天線傳輸效率 之間的關(guān)系，。VSWR 只反映了傳輸給天線那部分能量的大小，至于這部分能量中又有多少能量(輻射效率)集中輻射到哪個(gè)方向(增益 Gain)，則需要根據(jù)其他天線參數(shù)來(lái)判斷。VSWRReturn loss 增益是一個(gè)比較全面衡量天線性能的參數(shù)，它等于方向性系數(shù)與輻射效率的乘積即： Gain(dBi)：在相

14、同的輸入功率下，天線在空間某點(diǎn)的輻射功率與理想無(wú)方向性點(diǎn)源天線在同一點(diǎn)的功率的比值，該增益單位為dBi，手機(jī)天線廠家提供的天線測(cè)試報(bào)告中的增益一般以dBi 為單位。 Gain(dBd)：在相同的輸入功率下，天線在空間某點(diǎn)的輻射功率與理想半波偶極子天線最大輻射方向上功率的比值，該增益的單位為dBd。特別指出，幾乎所有的手機(jī)天線都是一種弱方向天線，因?yàn)槭謾C(jī)天線狹小的空間導(dǎo)致既不能像八木宇田(Uda-Yagi)天線那樣利用反射器和引向器將能量集中到某一方向，也不像喇叭天線那樣能產(chǎn)生特定口徑場(chǎng)分布。 手機(jī)天線的方向性系數(shù)基本在2-3dB數(shù)量極，無(wú)論怎樣刻意設(shè)計(jì)，手機(jī)天線也不能達(dá)到很強(qiáng)的方向性。 增益分

15、為最大增益（peak gain）和平均增益（average gain）。需要特別指出的是這里的 Peak Gain 是手機(jī)最大輻射方向上的增益，一般情況下最大增益只存在 E1,E2 或 H 面其中的一個(gè)面或兩個(gè)上。2增益（Gain）與方向圖(Pattern) 由此得到一個(gè)重要的結(jié)論，任何天線在整個(gè)球面上的平均增益等于輻射效率。下表給出某天線的平均增益和最大增益值，以做參考：暗室測(cè)的增益方向圖：3.天線效率對(duì)于內(nèi)置雙頻、三頻天線，一般要求天線輻射效率 下圖為暗室測(cè)試的天線效率圖，可做了解4.極化天線的極化方向與天線的位置相關(guān)，譬如垂直放置的半波振子極化方向?yàn)榇怪狈较?，而水平放置的半波振子的極化方

16、向則為水平方向。衛(wèi)星地面接收站天線和基站天線在工作中其姿態(tài)(位置)保持不變，從而可以確定其極化方式，而手機(jī)在使用過(guò)程中，天線可能處在任何狀態(tài)，其極化方向也是不確定。同時(shí)由于手機(jī)天線設(shè)計(jì)的多樣性，導(dǎo)致極化方式很難直接確定，雖然手機(jī)天線設(shè)計(jì)對(duì)極化方式?jīng)]有要求，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不會(huì)影響電磁波的發(fā)射和接收。基站天線的極化方式多為垂直極化，但電磁波在傳輸過(guò)程中會(huì)發(fā)生的反射、折射、散射和繞射都會(huì)影響到電磁波的極化方式，到達(dá)手機(jī)處的電磁波為包含多種極化的多徑信號(hào)，因此無(wú)論手機(jī)處在任何狀態(tài)，都會(huì)接收到來(lái)自基站的信號(hào)。前面提到的天線參數(shù)都是無(wú)源參數(shù)，手機(jī)不需要加電工作，一般情況下我們要對(duì)手機(jī)進(jìn)行有源測(cè)試，并以

17、有源測(cè)試數(shù)據(jù)位準(zhǔn)。手機(jī)正常工作，與綜測(cè)儀進(jìn)行無(wú)線連接。有源指標(biāo)包含EIRP，EIS，TRP 和TIS 等，特別指出，有源指標(biāo)與天線無(wú)源指標(biāo)有很大關(guān)系，尤其是EIS 和TIS，與整個(gè)手機(jī)系統(tǒng)的電磁兼容（EMC）有非常大的關(guān)系。5.等效全向輻射功率(EIRP: Effective Isotropic Radiation Power)和等效全向靈敏度(EIS: Effective Isotropic Sensitivity)該參量定義為天線的輸入功率和增益的乘積，一個(gè)輸入功率為2W(33dBm)，在某方向增益為.0.5dB的天線，他的EIRP為20.5=1W如果天線最大增益為-2dB，則相對(duì)應(yīng)的最大

18、輻射方向的EIRP為 靈敏度（Sensitivity）是衡量接收機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它是在滿(mǎn)足一定誤比特率條件下，接收機(jī)所能接收到的最小信號(hào)的強(qiáng)度。靈敏度分為傳導(dǎo)靈敏度(Conducted Sensitivity和無(wú)線靈敏度（Wireless Sensitivity），前者通過(guò)RF Cable直接與手機(jī)電路上的Switch CoaxialConnector相連接，后者通過(guò)天線與手機(jī)無(wú)線連接。等效全向靈敏度EIS 為無(wú)線測(cè)試條件下某一接收方向上的靈敏度:S 是傳導(dǎo)靈敏度， NF a 是等效噪聲系數(shù)，G 是天線的增益.如果手機(jī)天線靈敏度比較差，可以通過(guò)以下方法確認(rèn)是否由于天線性能差引起的。（1）

19、可以通過(guò)天線的無(wú)源指標(biāo)，VSWR，Gain，effenciency來(lái)判斷。如果以上數(shù)據(jù)還好，基本可以判斷天線性能良好，排除天線的這個(gè)因素。（2）可以通過(guò)RX level來(lái)判斷。如果回報(bào)值比較高，但是EIS比較差，那就是手機(jī)系統(tǒng)存在干擾。從公式上看的話(huà)，就是等效噪聲系數(shù) 太大。 天線在接收有用信號(hào)的同時(shí)，必然會(huì)接收到雜散和干擾信號(hào)，降低接收系統(tǒng)的靈敏度。 為絕對(duì)參考溫度，它針對(duì)高斯白噪聲功率， 則為天線的等效噪聲溫度，它對(duì)應(yīng)進(jìn)入接收機(jī)的雜散和干擾功率。天線等效噪聲溫度不是天線的溫度而是對(duì)被天線接收到的噪聲功率的一種度量。手機(jī)天線的噪聲指手機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的雜散和干擾，這種干擾往往會(huì)惡化系統(tǒng)性能。手機(jī)電

20、路中的高速數(shù)據(jù)線，低位的地址線，電源線如果處理不當(dāng)，都會(huì)導(dǎo)致EMC 問(wèn)題的出現(xiàn)。（例如FPC線，speaker線等）如果出現(xiàn)這些情況，應(yīng)該有手機(jī)射頻工程師來(lái)解決，而不是天線工程師解決。6. 總輻射功率(TRP: Total Radiation Power) 和總各向同性靈敏度(TIS: TotalIsotropic Sensitivity)TRP(Total Radiated Power)：通過(guò)對(duì)整個(gè)輻射球面的發(fā)射功率進(jìn)行面積分并取平均得到。它反映手機(jī)整機(jī)的發(fā)射功率情況，跟手機(jī)在傳導(dǎo)情況下的發(fā)射功率和天線輻射性能有關(guān)。TIS(Total Isotropic Sensitivity)：反映在整個(gè)

21、輻射球面手機(jī)接收靈敏度指標(biāo)的情況。它反映了手機(jī)整機(jī)的接收靈敏度情況，跟手機(jī)的傳導(dǎo)靈敏度和天線的輻射性能有關(guān)，還與天線的周?chē)h(huán)境有關(guān)。我司的天線性能指標(biāo)對(duì)于不同的機(jī)型有不同的要求，見(jiàn)上海鼎為PCBA項(xiàng)目塑殼（金屬殼）天線標(biāo)準(zhǔn)加人頭，手測(cè)試后，天線的性能會(huì)發(fā)生很大變化。7.SAR比吸收率SAR（Specific Absorption Rate）是目前用來(lái)評(píng)估移動(dòng)電話(huà)等射頻發(fā)射裝置電磁輻射大小的度量。在外電磁場(chǎng)的作用下，人體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電磁場(chǎng)，由于人體各種器官為有耗介質(zhì)，因此體內(nèi)電磁場(chǎng)將會(huì)產(chǎn)生電流，導(dǎo)致吸收和耗散電磁能量。生物劑量學(xué)中常用SAR 來(lái)表征這一物理過(guò)程。SAR 的意義為單位質(zhì)量的人體組織

22、所吸收或消耗的電磁功率，單位為W/kg。公式為：SAR的測(cè)試系統(tǒng)： SAR 限值北美和歐洲兩者采用不同的限值以瓦特/每千克(W/kg)或毫瓦/每克(mW/g)來(lái)表示。美標(biāo):1克的平均值1.6 W/kg;歐標(biāo)10克的平均值2.0 W/kg。 如果SAR 超標(biāo)，一般不是天線的問(wèn)題，而是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成，天線的功能就是將電路中傳輸?shù)膶?dǎo)行波盡量輻射出去。一般情況下降低SAR值的方法如下：(1)選用合適的天線形式，最為重要。比如內(nèi)置天線中的Monopole 具有效率高但SAR 較高的特點(diǎn)，因此在使用之前就應(yīng)該對(duì)此有所認(rèn)識(shí)，即Monopole 和人腦的耦合效應(yīng)較強(qiáng)。PIFA 天線綜合性能較好，由于其靠近

23、人腦的一側(cè)被PCB 的地遮擋，其高頻頻段在人腦方向比最大輻射方向有5-6dB的衰減，因此PIFA 天線的SAR 值比較低，是內(nèi)置天線中比較理想的天線形式。(2)在天線的設(shè)計(jì)之初就考慮SAR 問(wèn)題，主要在結(jié)構(gòu)問(wèn)題上進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合手機(jī)的結(jié)構(gòu)選用合適形式的天線，保證天線性能的同時(shí)還滿(mǎn)足通過(guò)SAR 指標(biāo)，比如采取將天線放置于PCB 的底部等措施。 (3)在設(shè)計(jì)后期發(fā)現(xiàn)SAR 測(cè)試超標(biāo)，可通過(guò)調(diào)低天線性能的方式解決，如使用損耗稍大的材料等方法，這需要與天線廠家配合進(jìn)行。(4)更改天線走線方式，調(diào)整方向圖等措施。另外幾乎不可能通過(guò)改變天線的方向性來(lái)降低天線向人腦方向的輻射，因?yàn)槭謾C(jī)天線是一種弱方向性天線，

24、無(wú)論怎樣刻意設(shè)計(jì)，都不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)的方向性，天線的方向圖是很大一部分是由手機(jī)主板來(lái)決定的。(5)在標(biāo)準(zhǔn)允許的情況下，降低PA 的輸出功率。8.天線的人頭，手測(cè)試將手機(jī)固定在SAM head Phantom（人頭模型）確定位置，SAM head Phantom 固定在測(cè)試系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺(tái)上，完成天線的各種有源指標(biāo)的測(cè)試（EIRP，EIS，TRP 和TIS）下圖為人頭，手測(cè)試的圖片下表列出了加了人頭手和自由空間狀態(tài)下天線的測(cè)試對(duì)比情況：Phantom 測(cè)試情況下天線效率下降很?chē)?yán)重，由下面兩方面原因?qū)е?，其一是人頭對(duì)電磁波的吸收導(dǎo)致效率下降，其二是人體的影響使天線阻抗發(fā)生變化，使阻抗失配從而導(dǎo)致很大一部分電磁

25、能量反射回電路。9.手機(jī)天線的測(cè)試系統(tǒng)微波暗室微波暗室 微波暗室，亦稱(chēng)無(wú)回波室、吸波室、電波暗室。當(dāng)電磁波入射到墻面、天棚、地面時(shí),絕大部分電磁波被吸收,而透射、反射極少。微波也有光的某些特性,借助光學(xué)暗室的含義,故取名為微波暗室。 微波暗室是采用吸波材料SA作和金屬屏蔽體組建的特殊房間,它提供人為空曠的“自由空間”條件。在暗室內(nèi)做天線、雷達(dá)等無(wú)線通訊產(chǎn)品和電子產(chǎn)品測(cè)試可以免受雜波干擾,提高被測(cè)設(shè)備的測(cè)試精度和效率。隨著電子技術(shù)的日益發(fā)展,微波暗室被更多的人了解和應(yīng)用。微波暗室就是用吸波材料來(lái)制造一個(gè)封閉空間，這樣就可在暗室內(nèi)制造出一個(gè)純凈的電磁環(huán)境，以方便排除外界電磁干擾。微波暗室材料可以是

26、一切吸波材料，主要材料是聚氨酯吸波海綿SA（高頻使用），另外測(cè)試電子產(chǎn)品電磁兼容性時(shí)，由于頻率過(guò)低也會(huì)采用鐵氧體吸波材料。微波暗室的主要工作原理是根據(jù)電磁波在介質(zhì)中從低磁導(dǎo)向高磁導(dǎo)方向傳播的規(guī)律，利用高磁導(dǎo)率吸波材料引導(dǎo)電磁波，通過(guò)共振，大量吸收電磁波的輻射能量，再通過(guò)耦合把電磁波的能量轉(zhuǎn)變成熱能?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)用的較多的測(cè)試系統(tǒng)均為3D測(cè)試系統(tǒng)，一般的為法國(guó)的Satimo（近場(chǎng)）測(cè)試系統(tǒng)，SATIMO近場(chǎng)測(cè)試的天線系統(tǒng)精確度不高，測(cè)試時(shí)間較短，適合設(shè)計(jì)使用，對(duì)暗室尺寸沒(méi)有硬性要求 美國(guó)的ETS遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)，精度高、速度慢，需要全尺寸暗室。國(guó)內(nèi)有仿ETS測(cè)試系統(tǒng)。遠(yuǎn)場(chǎng)：設(shè)D為待測(cè)目標(biāo)的最大截面尺寸，

27、r為發(fā)射天線與待測(cè)目標(biāo)的距離，則當(dāng)r 2De2時(shí)(為波長(zhǎng))，可近似認(rèn)為投射到待測(cè)目標(biāo)上的電磁波是平面電磁波。SATIMO測(cè)試系統(tǒng)圖片如下：該天線測(cè)試系統(tǒng)主要測(cè)試手機(jī)天線的有源和無(wú)源指標(biāo)：天線是一個(gè)無(wú)源器件，在微波暗示中可以測(cè)量的無(wú)源指標(biāo)：如1.方向性：2.增益：3.天線效率。手機(jī)工作狀態(tài)下，通過(guò)天線收發(fā)信息，利用微波暗室測(cè)試有源指標(biāo)：如輻射功率TRP,接收靈敏度TIS等satimo測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試原理：SG24天線測(cè)試系統(tǒng)采用24個(gè)探頭，對(duì)手機(jī)天線的輻射性能進(jìn)行電子掃描，再通過(guò)電腦采集預(yù)設(shè)坐標(biāo)點(diǎn)上功率、靈敏度數(shù)據(jù)，通過(guò)配置的軟件計(jì)算出TRP/TIS,從界面輸出數(shù)據(jù)，供我們參考分析。手機(jī)天線分類(lèi)及

28、環(huán)境要求目前手機(jī)采用的主流天線有：1、PIFA天線2、Monopole天線3、IFA天線4、其他類(lèi)型PIFA天線PIFA天線是微帶天線演變而來(lái)。很多的英文資料介紹Patch Antenna，最簡(jiǎn)單的patch天線是一個(gè)金屬片平行放置于地平面上，用同軸線或者微帶線饋電即可。其輻射主要靠邊緣場(chǎng)。假設(shè)該天線平行于大地放置，其形狀為矩形，長(zhǎng)邊左右擺放，長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度為1/4波長(zhǎng)。如果左邊緣的場(chǎng)是從patch到地，那么右邊緣剛好反向從地到將左右兩個(gè)邊緣的電場(chǎng)分解成水平和垂直分量，你會(huì)發(fā)現(xiàn)垂直分量抵消，水平分量加強(qiáng)。這樣將會(huì)產(chǎn)生平行于地平面的線極化遠(yuǎn)場(chǎng)。就手機(jī)而言，pifa天線的主極化一般是平行于手機(jī)主地平面

29、。此時(shí)，可以得到兩個(gè)基本結(jié)論，1）這種天線的諧振波長(zhǎng)為貼片長(zhǎng)邊的4倍（實(shí)際中請(qǐng)考慮介質(zhì)的波長(zhǎng)縮短效應(yīng)，正比于1/sqrt(epsilon)；2）這種天線的輻射主要靠邊緣。而邊緣的場(chǎng)越往外傾斜，輻射越好（開(kāi)放場(chǎng)）。這就是為什么PIFA天線的高度如此重要的原因。加一個(gè)接地片（很多加在饋電附近）后，從微觀角度來(lái)看貼片上的電流將改變流向，部分電流從右側(cè)會(huì)流回來(lái)再回到地。這樣天線的諧振頻率就會(huì)降低，一般波長(zhǎng)會(huì)在4倍于貼片長(zhǎng)邊和短邊之和左右（同樣要考慮波長(zhǎng)縮短效應(yīng)）。從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，饋電柱與短路柱是一段雙線傳輸線。它將變換天線的阻抗。是一種變壓器效應(yīng)，它將部分容抗變換成感抗，從而使整個(gè)天線形成諧振。這段

30、線越長(zhǎng)（極限是長(zhǎng)到1/4波長(zhǎng)）其變化效果越明顯（越敏感，實(shí)際中就是天線的高度增加）。當(dāng)改變饋電柱和短路柱的橫向尺寸或者他們之間的距離時(shí)，實(shí)際上你是在改變?cè)摱蝹鬏斁€的特征阻抗。也就相應(yīng)地改變變換公式中平方的那部分。這就是為什么我們常說(shuō)饋電電和短路的改變將比較大的改變天線的阻抗。同時(shí)也是為什么說(shuō)PIFA天線一般可以不要匹配電路可以?xún)?yōu)化的（事實(shí)上，加匹配有時(shí)候會(huì)反而降低天線的傳輸性指標(biāo)）。PIFA最重要的三個(gè)參數(shù)W，L，H，其中H決定天線帶寬與輻射效率。W、L決定天線的電長(zhǎng)度和帶寬。手機(jī)主板的長(zhǎng)度對(duì)天線低頻性能有較大影響，主板寬度對(duì)高頻性能有較大影響.右圖可以明顯看出手機(jī)主板長(zhǎng)度對(duì)天線性能影響的天線

31、焊盤(pán)應(yīng)該不小于2mm*3mm;接地點(diǎn)應(yīng)該靠邊緣，饋點(diǎn)在接地點(diǎn)的內(nèi)側(cè)，接地點(diǎn)和饋點(diǎn)的中間間隔1mm，饋點(diǎn)周?chē)?mm區(qū)域要完全鏤空饋點(diǎn)方要完全凈空。Vertically polarised gain dBi-9-8-7-6-5-4-3-2-1095908580757065605550454035302520gainchassis length mmMonopole天線monopole中文意思為單極子，然而其實(shí)際工作原理并不如其名字一樣。先從短偶極子說(shuō)起，其兩臂上的電荷一正一負(fù)并成正弦變化時(shí)，也就產(chǎn)生了交變電流（場(chǎng)），對(duì)外輻射。半波振子，上下臂各四分之一波長(zhǎng)。上下臂的電流大小對(duì)稱(chēng)流向相同（正負(fù)電荷成

32、對(duì)），電流強(qiáng)度分布是從中間饋電點(diǎn)處向兩端點(diǎn)逐步由大到小。饋點(diǎn)處電流最大，電阻（因?yàn)檎弥C振沒(méi)有電抗）最小。這樣的天線為平衡天線（天線上電流上下臂平衡）?，F(xiàn)在去掉偶極天線的一臂，將另一臂換成無(wú)窮大地，大地對(duì)場(chǎng)的反射，根據(jù)鏡像原理，一正電荷將在其鏡像處感應(yīng)出一負(fù)電荷，此時(shí)，天線的上臂將產(chǎn)生一鏡像，該鏡像上的電流分布完全等同于偶極天線的下臂，在這種情況下，我們稱(chēng)這種天線為單極天線。對(duì)于無(wú)窮大地其輻射圖等同于偶極子。如果將地逐步縮小，將無(wú)法形成理想鏡像，下面地的電流分布將發(fā)生變化?，F(xiàn)今的手機(jī)，體積越來(lái)越小，機(jī)體再不能看成是大地，機(jī)體越小，手機(jī)中的單極天線受手機(jī)影響越大，因?yàn)槭謾C(jī)儼然成為了天線的另一臂了

33、。這種天線是非平衡天線。天線（系統(tǒng)）上電流分布將明顯受手機(jī)體的影響。當(dāng)手機(jī)的最大尺寸小于系統(tǒng)最小頻率的四分之一波長(zhǎng)時(shí)，天線系統(tǒng)將無(wú)法在該頻點(diǎn)處產(chǎn)生諧振。如AMPS、PCS雙頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，AMPS頻段就要求機(jī)體長(zhǎng)度至少達(dá)到824MHz的四分之一波長(zhǎng)。手機(jī)越小，天線越容易受翻蓋的影響，等等。如圖所示，輻射體面積300350mm2與PCB主板最大距離（高度）34mm。天線與主板只有一個(gè)饋電點(diǎn)。凈空區(qū)域要在610mm。天線周?chē)鷥?nèi)不能有馬達(dá)，SPEAKER、RECEIVER 等較大金屬或磁性物體。饋點(diǎn)的焊盤(pán)應(yīng)該不小于2mm*3mm;饋點(diǎn)應(yīng)該靠邊緣。3mmPIFA和monopole在設(shè)計(jì)上的區(qū)別PIFA m

34、onopole 天線的性能取決于天線的高度、面積天線的性能取決于凈空區(qū)域、面積 對(duì)周?chē)饘俸痛判云骷舾卸缺葐螛O天線低 對(duì)周?chē)饘俸痛判云骷容^敏感 - 天線不能和receiver重合 手機(jī)正面的金屬裝飾件沒(méi)有限制，但是不能包住饋點(diǎn) 手機(jī)正面的金屬裝飾件不能和天線重合 IFA天線 一種PIFA和Monopole天線的延伸，天線區(qū)域的主板設(shè)計(jì)要遵循單極天線的要求，天線設(shè)計(jì)則要遵循PIFA天線設(shè)計(jì)要求。 IFA天線設(shè)計(jì)高度上要比PIFA低些（后面會(huì)講到），環(huán)境要求則要比Monopole不那么苛刻。所以一般現(xiàn)在的超薄手機(jī)比較常用這種天線設(shè)計(jì)。 IFA其實(shí)也是一種monopole天線，接地腳其實(shí)是調(diào)試

35、匹配，為分布參數(shù)電路，另一種調(diào)試匹配為集中參數(shù)電路。接地點(diǎn)饋點(diǎn)凈空凈空其他類(lèi)型1、耦合天線 多用與多頻段天線形式，一般只對(duì)高頻影響明顯，可以增加高頻1倍的帶寬。是多頻段天線常采用的一種天線形式。 含有寄生單元的天線分為饋電激勵(lì)單元和耦合寄生單元兩部分。受激單元被饋電后向空間輻射電磁波，使寄生單元中產(chǎn)生感應(yīng)電流從而也產(chǎn)生輻射，寄生單元相對(duì)于受激單元的的電流幅度及相位關(guān)系依賴(lài)于該寄生單元的調(diào)諧（調(diào)整兩個(gè)諧振頻率相互靠近時(shí)，天線在工作頻率上的帶寬可增加）。2、FICA 也是一種多頻段天線形式，是MOTO的設(shè)計(jì)專(zhuān)利。設(shè)計(jì)難度很大，一般在國(guó)產(chǎn)手 機(jī)上不采用。本天線的特點(diǎn)是高頻帶寬比較大，是做三頻、四頻等

36、內(nèi)置天線的首選。該天線占的面積理論上是PIFA 天線的一半左右，可以避開(kāi)大的金屬元器件。該天線物理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是曲折的長(zhǎng)微帶線雙條并行，保持兩條微帶之間的距離會(huì)對(duì)天線的參數(shù)有影響。1，要求天線所占平面的下方要鋪滿(mǎn)地銅箔，并且天線正下方不能有大的元器件。2，天線的高度要6-8mm3，天線的饋電點(diǎn)比較有特點(diǎn)，兩個(gè)饋電點(diǎn)可以較遠(yuǎn)。安排饋電點(diǎn)的原則是在PCB 的頂端或邊緣，兩個(gè)饋電點(diǎn)到天線彈片的尾端長(zhǎng)度一般要對(duì)稱(chēng)相等。4，天線的周?chē)鷻C(jī)殼上的處理不要有金屬飾物和導(dǎo)電漆。耦合天線 接地點(diǎn)饋點(diǎn)接地腳 饋電腳 一些手機(jī)天線圖片直板機(jī)，翻蓋機(jī)和滑蓋機(jī)的天線評(píng)估直板機(jī)，翻蓋機(jī)和滑蓋機(jī)的天線評(píng)估天線只有在一定的高度面積

37、情況下，才可能達(dá)到一個(gè)好的性能。要達(dá)到我司的天線標(biāo)準(zhǔn)，要求的天線空間請(qǐng)參考天線設(shè)計(jì)環(huán)境說(shuō)明。該參考設(shè)計(jì)只是個(gè)參考，遇到一些具體的項(xiàng)目還需要根據(jù)天線周邊的環(huán)境再進(jìn)行仔細(xì)評(píng)估 直板機(jī)PIFA天線一般布局在上端，受人體影響小。PIFA天線下方常有較多的器件：Speaker，Receiver，camera等。Speaker和receiver的影響可以通過(guò)串聯(lián)電感的方式來(lái)降低，元件位置必須盡量靠近引線PAD（約1mm）；Camera的影響可以通過(guò)接地，或者將camera的FPC線用導(dǎo)電布包起來(lái)接地等方式來(lái)解決。天線周?chē)脑骷?duì)天線靈敏度會(huì)有一定的干擾，因此speaker，motor，receiver等線要盡量短，camera的FPC盡量上下兩層均有銀漿包起來(lái)，F(xiàn)PC線也要短，這樣可以減少這些器件對(duì)天線性能的影響。 考慮到手機(jī)厚度的問(wèn)題，部分PIFA天線通過(guò)鏤空主板地，PCB板下方連接金屬片作為參考地的方式來(lái)滿(mǎn)足PIFA天線高度要求。這種設(shè)計(jì)須注意兩個(gè)問(wèn)題：一是天線到實(shí)際主板的高