【资料名称】：手机内置天线设计概述

【资料作者】：mscbsc.com

【资料日期】：2010-07-07

【资料语言】：中文

【资料格式】：DOC

【资料目录和简介】：

手机内置天线设计[mscbsc.com]
在手机制造商中，为什么大家公认NOKIA的手机信号好呢？为什么大家都认为MOTO的手机信号好且性能稳定呢？主要原因是NOKIA和MOTO等大公司在天线与RF方面的设计流程的理念与国内厂商不一样。像MOTO公司所要主张的那样，手机设计首先要保证信号好，即RF性能好；其次要保证音频性能好，话都听不清打什么电话呢？所以，在他们的初期方案中就包含了与天线相关的基于外观、主板、结构等的总体环境设计。由于外观、主板、结构、天线是作为一个整体，提供给天线的预留空间及内部的RF环境十分合理，所以天线性能优越也在情理之中。[mscbsc.com]
反观国内的手机设计，负责项目管理和主持项目设计的人员对天线的认识不足，同时受结构方案和外形至上的制约，到最后来“配”天线，对天线的调试匹配占了整个天线设计流程的大部份时间，这与包含天线的整体方案设计有本质的区别，往往就导致留给天线的面积和体积不足，或在天线下面安置喇叭、摄像头、马达、FPC排线等元件，造成天线性能下降。实际上，如果在方案预研和总体设计阶段，让RF与天线方面的技术人员有效参与进来，进行有效的RF和天线设计沟通和评估，ID、结构、RF设计兼顾天线和整体性能，那么设计出优质的手机产品有什么难的呢？[mscbsc.com]
一、内置天线对于手机整体设计的通用要求[mscbsc.com]
主板[mscbsc.com]
a. 布线在关联RF的布线时要注意转弯处运用45度角走线或圆弧处理，做好铺地隔离和走线的特性阻抗仿真。同时RF地要合理设计，RF信号走线的参考地平面要找对（六层板目前的大部份以第三层做完整的地参考面），并保证RF信号走线时信号回流路径最短，并且RF信号线与地之间的相应层没有其它走线影响它（主要是方便PCB布线的微带线阻抗的计算和仿真）。PCB板和地的边缘要打“地墙”。从RF模块引出的天线馈源微带线，为防止走线阻抗难以控制，减少损耗，不要布在PCB的中间层，设计在TOP面为宜，其参考层应该是完整地参考面。并且在与屏蔽盒交叉处屏蔽盒要做开槽避让设计，以防短路和旁路耦合。天线RF馈电焊盘应采用圆角矩形盘，通常尺寸为3×4mm，焊盘含周边≥0.8mm的面积下PCB所有层面不布铜。双馈点时RF与地焊盘的中心距应在4～5mm之间。[mscbsc.com]
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。含金属结构的元件，如喇叭、马达、摄像头基板等金属要尽量接地。对于折叠和滑盖机，应避免设计长度较长的FPC（FPC走线的时钟信号及其倍频容易成为带内杂散干扰），最好两面加接地屏蔽层。[mscbsc.com]
c. 常见问题[mscbsc.com]
对于传导接收灵敏已经满足要求（或非常优秀）但整机接收灵敏度差的情况，特别是PIFA天线，其辐射体的面积和形式还是对辐射接收灵敏度有一定的影响，可以在天线方面做改进。[mscbsc.com]
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。整机杂散问题还与天线与RF模块之间的谐振匹配电路有关，如果谐振匹配电路的稳定性不好，很容易激发产生高次谐波的干扰。[mscbsc.com]
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机壳的设计[mscbsc.com]
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。[mscbsc.com]
二、手机内置天线的分类[mscbsc.com]
1. PIFA皮法天线[mscbsc.com]
a. 天线结构[mscbsc.com]
辐射体面积550～600mm2，与PCB主板TOP面的距离（高度）6～7mm。天线与主板有两个馈电点，一个是天线模块输出，另一个是RF地。天线的位置在手机顶部。PIFA皮法天线如按要求设计环境结构，电性能相当优越，包括SAR指标，是内置天线首选方案。[mscbsc.com]
适用于有一定厚度手机产品，折叠、滑盖、旋盖、直板机。[mscbsc.com]
b. 主板[mscbsc.com]
天线投影区域内有完整的铺地，同时不要天线侧安排元器件，特别是马达、SPEAKER、RECEIVER、FPC排线、LDO等较大金属结构的元件和低频驱动器件。它们对天线的电性性能有很大的负面影响.[mscbsc.com]
c.天线的馈源位置和间距[mscbsc.com]
一般建议设计在左上方或右上方；间距在4～5mm之间。[mscbsc.com]
2. PIFA天线的几种结构方式[mscbsc.com]
a.支架式[mscbsc.com]
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。[mscbsc.com]
b. 贴附式[mscbsc.com]
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。[mscbsc.com]
3. MONOPOLE单极天线[mscbsc.com]
a. 天线结构[mscbsc.com]
辐射体面积300～350mm2，与PCB主板TOP面的距离（高度）3～4mm，天线辐射体与PCB的相对距离应大于2mm以上。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。[mscbsc.com]
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。[mscbsc.com]
b. 主板[mscbsc.com]
天线投影区域不能有铺地，或无PCB，同时也不要安排马达、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。[mscbsc.com]
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c. 天线的馈源位置馈电点的位置[mscbsc.com]
与PIFA方式有区别。一般建议设计在天线的四个角上。[mscbsc.com]
4. MONOPOLE单极天线的几种结构方式[mscbsc.com]
a. 与PIFA天线相同，有支架式、贴附式。[mscbsc.com]
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。还可以在机壳上做定位卡勾安装。[mscbsc.com]
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，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。[mscbsc.com]
三、手机内置天线形式比较[mscbsc.com]
这里简单比较一下两种主流PIFA皮法和MONOPOLE单极天线，以及分别适用的机型结构： [mscbsc.com]
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有效面积mm2距主板mm天线投影下方天线馈源 天线体积电性能SAR[mscbsc.com]
皮法6007有地2大 很好 低[mscbsc.com]
单极3504无地1小好 稍高[mscbsc.com]
折叠机滑盖机旋盖机直板机超薄折叠机超薄直板机[mscbsc.com]
皮法适用适用适用 适用 不适用不适用 [mscbsc.com]
单极不适用不适用不适用适用 适用定制适用[mscbsc.com]
四、很多情况下，手机设计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，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，或推翻该方案，造成很大的损失。因此，建议在手机方案设计时，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。希望上述内容能对手机方案设计、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。[mscbsc.com]
手机内置天线技术要求[mscbsc.com]
手机内置天线技术要求[mscbsc.com]
内置天线技术要求[mscbsc.com]
内置天线材料为铍铜、不锈钢等其他材料，具体支撑视结构而定。铍铜（外面镀金）[mscbsc.com]
天线的RF 性能比较好，但是价格稍高于不锈钢材料。[mscbsc.com]
内置天线性能的保证对结构要求较严，基本的要求如下，否则天线性能将受到较大影响，具体影响程度视天线的类型而定。[mscbsc.com]
一般认为，PIFA 天线体积大、性能好；滑盖机必须使用此种天线进行设计。具体[mscbsc.com]
要求如下：[mscbsc.com]
1. PIFA 的高度应该不小于6.5mm；[mscbsc.com]
2. LCM 的connector 应该布局在主板的键盘面；[mscbsc.com]
3. 天线的宽度应该不小于20mm；[mscbsc.com]
4. 从射频测试口到天线馈点的引线的阻抗保持在50 欧姆；[mscbsc.com]
5. PIFA 天线的附近的器件应该尽量做好屏蔽；[mscbsc.com]
6. 馈点的焊盘应该不小于2mm*3mm;[mscbsc.com]
7. 馈点焊盘（pad）应该居顶*边；[mscbsc.com]
8. 如果测试座布局有困难，也可以放在天线区域；[mscbsc.com]
9. 天线区域可适当开些定位孔。[mscbsc.com]
10. 内置天线周围七毫米内不能有马达，SPEAKER，RECEIVER 等较大金属物体[mscbsc.com]
MONOPOLAR 天线体积稍小、性能较差，一般不建议采用。具体要求如下：[mscbsc.com]
1. 内置天线周围七毫米内不能有马达，SPEAKER，RECEIVER 等较大金属物体。[mscbsc.com]
2. 天线的宽度应该不小于15m；[mscbsc.com]
3. 内置天线附近的结构件（面）不要喷涂导电漆等导电物质。[mscbsc.com]
4. 手机天线区域附近不要做电镀工艺以及避免设计金属装饰件等。[mscbsc.com]
5. 内置天线正上、下方不能有与FPC 重合部分，且相互边缘距离七毫米以上。[mscbsc.com]
6. 内置天线与手机电池的间距应在5mm 以上。[mscbsc.com]
注：LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称，LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。 [mscbsc.com]
LCM 是液晶显示模块的意思 liquid crystal modul [mscbsc.com]
LCM它包含了LCD及显示控制芯片，RAM,ROM等[mscbsc.com]
ＰＩＦＡ天线和ＭＯＮＯＰＯＬＥＳ天线设计注意事项及比较[mscbsc.com]
ＰＩＦＡ天线和ＭＯＮＯＰＯＬＥＳ天线设计注意事项及比较[mscbsc.com]
PIFA和MONOPOLES设计注意事项[mscbsc.com][mscbsc.com]
PIFA天线基本注意：[mscbsc.com][mscbsc.com]
1：天线空间一般要求预留空间：W ，L，H其中W（15-25mm）L(35-45mm),H(6-8mm) 其中H和天线谐振频率的带宽密切相关。W、L决定天线最低频率[mscbsc.com][mscbsc.com]
20mm×30mm×7mm。[mscbsc.com][mscbsc.com]
双频（GSM/DCS）：600 ×6～8mm[mscbsc.com][mscbsc.com]
三频（GSM/DCS/PCS）：700 ×7～8mm[mscbsc.com][mscbsc.com]
满足以上需求则GSM频段一般可能达－1～0dBi，DCS/PCS则0～1dBi。当然高度越高越好，带宽性能得到保证。[mscbsc.com][mscbsc.com]
2：． 内置天线周围七毫米内正下方不能有马达，SPEAKER，RECEIVER 等较大金属物体。有时候有摄相头出现，这时候应该把天线这块挖空，尽量做好摄相头FPC的屏蔽（镀银糨）否则会影响到接收灵敏度。[mscbsc.com][mscbsc.com]
3：． 内置天线附近的结构件（面）不要喷涂导电漆等导电物质。[mscbsc.com][mscbsc.com]
4：． 手机天线区域附近不要做电镀工艺以及避免设计金属装饰件等。[mscbsc.com][mscbsc.com]
5：． 内置天线正上、下方不能有与FPC 重合部分，且相互边缘距离七毫米以上。[mscbsc.com][mscbsc.com]
6：． 内置天线与手机电池的间距应在5mm 以上。[mscbsc.com][mscbsc.com]
7：手机PCB的长度对PIFA天线的性能有重要的影响，目前直板机天线长度75-105mm之间这个水平，[mscbsc.com][mscbsc.com]
8：馈点的焊盘应该不小于2mm*3mm;馈点应该靠边缘。[mscbsc.com][mscbsc.com]
9. 天线区域可适当开些定位孔！[mscbsc.com][mscbsc.com]
10 在目前的有些超薄的滑盖机中，由于天线高度不够，可以通过挖空PIFA天线下方主板的地，然后在其背面在加一个金属的片，起到一个参考地的作用，达到满足设计带宽的要求。[52RD.co[mscbsc.com]
11：[mscbsc.com][mscbsc.com]
MONOPOLAR (假天线)天线体积稍小、性能较差，一般不建议采用。具体要求如下：[mscbsc.com][mscbsc.com]
1. 内置天线周围七毫米内不能有马达，SPEAKER，RECEIVER 等较大金属物体。[mscbsc.com][mscbsc.com]
2. 天线的宽度应该不小于15m；[mscbsc.com][mscbsc.com]
3. 内置天线附近的结构件（面）不要喷涂导电漆等导电物质。[mscbsc.com][mscbsc.com]
4. 手机天线区域附近不要做电镀工艺以及避免设计金属装饰件等。[mscbsc.com][mscbsc.com]
5. 内置天线正上、下方不能有与FPC 重合部分，且相互边缘距离七毫米以上。[mscbsc.com][mscbsc.com]
6. 内置天线与手机电池的间距应在5mm 以上。[mscbsc.com][mscbsc.com]
7：Monopole必须悬空，平面结构下不能有PCB的Ground，一般内置天线必须必须离主板3mm（水平方向）,在天线正下放到地的高度必须保证在5mm（垂直方向）以上，可以把主板天线区域的地挖空，目前在超薄的直板机上基本上是满足这个要求，[mscbsc.com][mscbsc.com]
8：由于MONOPOLES天线没有参考地，SAR一般比PIFA天线大，这是测试的难点，但是效率比PIFA天线高。[mscbsc.com][mscbsc.com]
３：陶瓷天线．[mscbsc.com][mscbsc.com]
总结：[mscbsc.com][mscbsc.com]
多模手机对多频段天线的要求，Monopole的大带宽和高增益，足以应付3G时代跨越2GHz的几百兆带宽需求。内置平面Monopole结构灵活，易于与当今多变的手机结构相配合，特别是在目前市场流行的超薄超小的直板机发挥重要作用