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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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