手机天线设计指导书

密级confidentiality level目 录Table of Contents 1手机天线基本知识71.1移动通信奴才手机天线的要求71.2手机天线的分类和性能对比71.2.1分类71.2.2外置天线的情况71.2.3内置天线的情况101.2.4内置天线与外置天线电特性与成本比较111.2.5综合111.3手机天线的指标意义121.4手机天线应用中需注意的问题141.4.1手机天线与射频前端的配合问题141.4.2导电体对天线特性的影响141.4.3人体对手机天线特性的影响181.4.4手机天线对SAR（scatter absorb rate）的影响181.5天线的测试项目和测试设备介绍191.5.1天线的测试项目191.5.2手机天线的测试设备191.6手机天线与手机电路的连接方式221.7各种手机天线的特点与设计要点221.7.1螺旋天线221.7.2PCB板螺旋天线221.7.3PIFA天线221.7.4微带贴片天线231.8手机天线多频实现261.8.1外置天线多频的实现方式261.8.2微带天线多频的实现方式291.9HDA（高介质）天线351.10各手机厂家所用天线情况352手机天线的选型与手机设计的配合问题392.1内置天线选型与手机设计392.2外置天线选型与手机设计402.3手机天线选型的一般原则403现有手机天线的厂家情况分析与合作建议413.1现有手机天线厂商和技术规模对比413.2天线厂商的选择策略433.3手机天线厂家的一般的合作过程44表目录 List of Tables表1 XX表 Table 1 XX2图目录 List of Figures图1 螺旋天线8图2 PCB板螺旋天线8图3 介质振荡天线9图4 用在手机上的PIFA天线10图5 一种宽带微带贴片天线10图6 用于蓝牙的陶瓷天线11图7 PIFA的基本形式23图8 最简单的外置双频天线27图9 最简单的螺旋双频天线27图10 简单双频一体化螺旋天线28图11 螺旋多频天线设计28图12 内置与外置天线结合实现双频天线29图13 感抗加载双频天线30图14 探针馈电的槽加载贴片天线（线极化）30图15 探针馈电的单凹槽天线30图16 探针馈电的双凹槽天线31图17 带有短路销钉的双频三角形贴片天线，能提供的频带比较大。31图18 单层多贴片双频天线（1）31图19 单层多贴片双频天线（1）32图20 自双工双频天线32图21 十字形子阵双频天线33图22 宽带双极化天线形式，频率17001980MHz33图23 PIFA天线及其双频形式34图24 另一种PIFA双频天线的平面表示34图25 PIFA双频天线三维示意图34图26 PIFA形式的三频天线35图27 NOKIA 8210的天线35图28 NOKIA 6210天线36图29 爱立信337的天线36图30 爱立信T28S的天线37图31 MOTO V60天线37图32 MOTO V120 CDMA天线38图33 一各特殊的天线（闪光天线）39手机天线选型指导书关键词Key words摘 要Abstract缩略语清单List of abbreviations Abbreviations缩略语Full spelling 英文全名Chinese explanation 中文解释WHIP可伸缩鞭状天线1 手机天线基本知识1.1 移动通信对手机天线的要求天线最主要的功能在于转换两种不同传播介质中的电磁波能量。在能量转换的过程中，会出现收发信机与天线及天线与传播介质之间的不连续接口。在无线通讯系统中，天线必须依照这两个接口的特性来做适当的设计，以使得收发信机、天线以及传播介质之间形成一个连续的能量传输路径。移动通信手机对天线的要求外在要求天线尺寸小，重量轻，剖面低，携带方便，机械强度好电性能要求水平面要求有全向辐射方向图，频带宽，效率高，增益高，受周围环境影响小，对人体辐射伤害小1.2 手机天线的分类和性能对比1.2.1 分类传统的手机天线可以根据天线所处的位置分为外置天线和内置天线两大类。手机天线按传统的天线单元形式可分为单极天线螺旋天线PCB印制螺旋天线微带贴片天线缝隙天线IFA天线和倒L天线PIFA陶瓷天线其中前三种一般是外置天线，后面的几种是内置天线。1.2.2 外置天线的情况外置天线的的优点是频带范围宽、接收信号比较稳定、制造简单费用相对低；缺点是天线暴露于机体外易于损坏、天线靠近人体时导致性能变坏、不易加诸如反射层和保护层等来减小天线对人体的辐射伤害、同时对于FDD的系统，接收和发送必须使用不同的匹配电路。传统的外置天线一般为单极天线，虽然制作简单，但是尺寸较大，不便于携带。一般采用螺旋天线来降低天线的尺寸（法向螺旋），另外现在也开始使用印制在PCB的螺旋天线来得到更小尺寸与各种形状的外置天线。图1 螺旋天线图2 PCB板螺旋天线这种天线还有许多种变形形式，能够实现多频、宽带的要求，有很强的灵活性，因此在外置天线中，此类天线的应用越来越广。拉杆天线一般是采用一节1/4波长螺旋和一节1/2波长螺旋构成，需要介质棒去耦，用来实现手机的高增益，在手持情况下，其增益可增加6dB以上。另外还有一种所谓的介质天线，中长介质天线是一种漏波天线，其辐射特性为端射，而此处的介质天线可能是类似单极天线的天线，其通过介质谐振器的原理工作来辐射信号，可以使天线的体积大大减小，如果如此，此天线的Q值高，带宽窄，宽带与多频均不易实现，应不会有多少应用。下面是其基本介绍介质振荡器天线由高介电常数、低损耗的材料制成，其好处是尺寸小，带宽可在110内可调，无导体损耗，天线效率高，可产生多种模式，低次模带宽好一些，高次模增益大。如果介质振荡器的尺寸足够小，也是可以内置于手机中的。图3 介质振荡天线综述单极天线由于其要求的长度长，一般不使用。拉杆天线虽然有效增益高，电性能较好，但其结构复杂，同时需要使用记忆金属作材料，因此价格较贵，除北美等少数地方外，应用较少，我们不考虑使用。螺旋天线以其良好的辐射特性、小体积、频带扩展容易实现的特性成为外置天线的的主流，但其体积还是较大，同时形状固定，不适合手机造形设计等特殊要求。PCB形式的螺旋天线比普通螺旋天线的体积更小，天线形状是扁平特性的，同时此类天线的设计具有较强的灵活性，应用渐多。在外置天线的应用中螺旋天线还是第一选择，其次是PCB形式的螺旋天线。1.2.3 内置天线的情况内置天线的特点可以做得非常小，不易损坏；可以将其安放在手机中远离人脑的一面，而在靠近人脑的部分贴上反射层、保护层来减小天线对人体的辐射伤害。可以安装多个，很方便组阵，从而实现手机天线的智能化，这一点对未来的移动通信系统来说非常有用。内置天线的形式特别多，包括微带贴片天线、缝隙天线、IFA天线和倒L天线、PIFA、陶瓷天线等等。PIFA是现在使用得最多的一种内置天线，其由倒F线天线演变而来，具有体积小，增益高，剖面低，带宽相对较宽的特点，是在手机天线中使用得最多的天线。 图4 用在手机上的PIFA天线贴片天线与缝隙天线也是使用得较多的内置天线，贴片天线与缝隙天线可通过巴俾涅原理互换。图5 一种宽带微带贴片天线PIFA与贴片天线将后面进行一定的分析。陶瓷天线是一种特别小型化的天线。陶瓷天线的种类可分为块状陶瓷天线与多层陶瓷天线，前者是使用高将整块陶瓷体一次烧