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手机天线的一些基本常识

目录:技术专区 人气:51 发表时间:2011-7-18 10:48:00
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手机天线按位置可分为 内置 外置

按朝向可分为竖插和侧插

天线需要一个空间区域,保证它发射和接收的性能:一般面积最少400平方mm以上,高度4.5mm以上,即实际要求的是净空间体积尽量大,天线性能越好。具体需要根据外观和附近的器件等等评估。

 详细介绍:

主要内容:介绍手机天线的类别:平衡天线和不平衡天线。不平衡天线在手机中的应用:单极天线和PIFA天线。同时提出了手机天线设计须优先考虑:

1.天线的种类

2.天线的位置

3.各部件间的连接方法

4.手机的EMI

5.天线所占用的空间

一般言之,有两种天线可供选择:平衡天线和不平衡天线。平衡天线是独立工作的,与周围的环境无关。而不平衡天线必须接地。不平衡天线产生电流流到地,而且,在总的辐射功率中,包括这些电流所产生的功率。汽车上经常使用的单极天线就是一个很好的例子,它的车身就是地。

天线的性能也与它的尺寸大小有关。天线的尺寸是用波长来表示的。不平衡天线的地是有效尺寸的一部分,因此,实际的天线尺寸可以做得更小些。移动电话的天线是不平衡天线的一个实例。它们的地是在手机里的金属结构,一般就是印刷电路板和它四周表面镀有金属材料的部件,这就是我们常说的印刷电路板总成。在手机里往往使用不平衡天线,这是因为它的尺寸比较小。对于低频带手机而言,例如GSM900手机和CDMA800手机,在用波长表示时,手机里能留给天线的空间狭小。于是,在这么狭小的空间里装一个高效率的平衡天线,是不可能的,所以一定要用不平衡天线。

对于频率较高的手机来说,位置对天线的限制就少得多了。例如,GSM1800的波长是GSM900的一半,因此,能给天线留出的空间也就更大些。在频带较宽的手机中可以使用平衡天线。最近,WCDMA手机的内置天线和GPS的外置天线都用了平衡天线。这么做的好处是:天线不会产生大电流在手机上流过。这就是说,采用平衡天线后,天线的设计和手机的设计,关系就不那么大。然而,问题是:大部分手机都必须能够同时用于高频带和低频带。而要满足要求的,只要把高频天线结合到低频天线里,把他们都做成不平衡天线就可以了。

对手机天线的设计优先须考虑的是:

1.天线的种类

在移动电话中使用过许多种天线。大致上可以把它们分为两类。第一类天线,和单极天线非常相似。第二类天线,例如,倒置F型平面天线(PIFA),它装在地线上面。由于这种天线使用印刷电路板上面的空间,因而,这类天线用得最普遍。混合绝缘体天线就是把绝缘体天线和PIFA结合在一起,它和PIFA一样,装在接地面的上方时,能够工作(图1)。

2.天线的位置

如果你的手把天线挡住时,你发会现手机的性能会迅速下降。相邻的元器件一般在很大程度上是决定产品性能的关键。天线会在任何紧挨着天线的导体里感应电流。

手机里的导体分为两种。第一种是印刷电路板总成,它包括了印刷电路板和它的屏蔽。这些互相连接的导体形成一个大导体,构成一个能改善天线性能的地。第二种导体由更小的分立元件组成,他们通过像导线和柔性印刷电路板(FPCB)这些连接件连接到印刷电路板上。应当避免在这些元件上产生激励电流,因为元件或者关联电路会有能量损失。

3.各部件间的连接方法

需要用许多导线的内部连接通常用FPCB来完成的。当把FPCB放到天线附近时,我们就要特别小心,因为FPCB和天线二者之间的耦合,可能会影响天线的性能。

手机的电池会对天线的性能产生巨大的影响。电池会降低天线的谐振频率,同时还会降低它的效率。因此,最好的方法是:

● 电池应尽可能放在远离天线的位置(建议最小距离为5mm)。 ● 使用15pF至33pF的并联电容器,让电池和控制电路在射频时接地。

● 由于金属弹簧夹是造成天线损失的一个因素,因此要使用塑料电池夹。

在大部分的手机中,扬声器是安放在印刷电路板上,与天线相对的另一边,这不会带来任何实际的问题。然而,在许多新的超薄型手机中,为了节省原本由扬声器所占用的印刷电路板的空间,把扬声器移到了天线那里。如果耦合到扬声器上,天线的效率就会明显下降。在这种情况下,最好是用一个非常短的弹簧片来连接扬声器,避免使用活动的导线。由于扬声器紧挨着天线,在设计的早期,天线设计师就应该拿到扬声器的样品,这点非常重要。如果无法避免使用活动的导线,那么,就应该在扬声器的两条连接导线中串联电感器作为保护。表面安装电感器一般会防止出现射频信号耦合。要给串联电感器留下焊盘。

4.手机的EMI

射频屏蔽盒或者电磁干扰(EMI)涂层一般能够将手机的射频电路屏蔽起来。如果使用电磁干扰涂层,就要确保它涂层在印刷电路板上形成一个封闭的空间。如果电磁干扰屏蔽盒有一边是开放的,他们会产生空腔,而且,天线有可能会耦合进去。最后,在设计原型机的过程中,电磁干扰屏蔽涂层通常是用手工涂上的。由于经手工涂上电磁干扰涂层的电话不是完全一样的,因此,不能用来对天线进行比较。

5.天线所占用的空间

手机天线所占用的空间大小是一个非常重要的参数。大家知道,天线的性能和它的体积大小有关。然而,天线周围的环境必须与之协调。

大多数天线设计师依靠的是他们的经验。要做出一个正确的估计,需要了解以下几项: ● 天线必须覆盖的频段; ● 每个频段要求达到的性能; ● 手机的外形尺寸; ● 在安装天线的空间还有什么其它零部件; ● 印刷电路板总成的长度和宽度。

一个简便的办法是:如果天线要覆盖更多的频段,那么它就需要体积更大的空间。如果天线需要同时覆盖两个低频段,它的尺寸显然会比只覆盖一个频段的天线大得多。

地线的尺寸大小会影响天线的性能。对于同样的天线,印刷电路板总成的尺寸会把它的频带宽度改变一倍。天线设计师必须知道地线的尺寸大小,由此,来估算天线的尺寸。一般来说,对天线而言,是为了在低频带时得到优良的性能,最适宜的长度是130mm,而最适宜的宽度是40mm左右(图2)。

就PIFA和混合绝缘体天线的外形尺寸而言,最重要的是它的厚度,而它的长和宽就比较不重要。大部分的手机使用的是PIFA,但是,还有一小部分手机使用了倒置F型平面天线,在他们的下面没有地线。正因为他们更像是单极天线,所以无需遵守这个规则,但是其他的外形尺寸同样也是很重要的

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