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[分享]手机内置天线设计的通用规则

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0楼发表于: 2008-06-25 09:39:07

1.通用设计要求
手机天线性能与外形大小有密切关系。通常会使用以物理长度的频率波长制定的规格化电气性长度，一般是将电气性长度为低于1/2波长以下的天线定义为小型天线(以下简称为小型天线)。小型天线，它的缺点是低效率、窄频宽，为了确保天线的性能，因此天线小型化有一定的极限。所幸的是天线使用的元件大多是可以创造空间的导体，若与波长比较的话，只要导体具备一定大小，基本上就可以当作小天线使用。
目前手机使用频率大多介于800MHz～2GHz之间，波长相当于150～350mm左右，因此100～200mm的终端尺寸对小型天线非常有利，也就是说只要巧妙应用移动终端的机壳，就可以获得小型、高性能的天线功能。

2.天线选型原则
从手机整个性能的角度来考虑，天线设计在尽可能早的参与到设计过程中，因为这可确保所有的电气元件都放在可能的最佳位置上，以最大限度地优化设备的性能。这意味着设备制造商必须重新估计设备中天线的作用，并在考虑了其它关键元件和成本的前提下明确地得出一个最优的尺寸与性能之比。
手机天线选型规则:
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
皮法 600 7 有地 2 大很好低
单极 350 4 无地 1 小好稍高
折叠机滑盖机旋盖机直板机超薄折叠机超薄直板机
皮法适用适用适用适用不适用不适用
单极不适用不适用不适用适用适用定制适用
以前天线作为一个电结构元件，长期以来一直是在开发过程硬塞进去的一个元件。不过，为了避免被看作是“事后诸葛亮”，今天天线正逐步呈现出在设计过程中的中心作用。随着体积尺寸继续变得越来越小，以及越来越多的连接标准需要在同一个设备中实现，天线制造商承担的在一个引人注目的设备上满足这些挑战的压力将是非常巨大的。

3. 对结构设计的要求
3.1 使用尽可能大的空间：对天线性能来说，尺寸越大越好。GSM(900/1800/1900)三频天线推荐的尺寸是20×40×8mm（PIFA，PCB单侧），或14×40×4mm（Monopole，PCB双侧）。对PIFA天线，辐射体和地面的高度是带宽的主要决定因素，推荐为8mm，最低不得小于6.5mm。对Monopole天线，推荐高度为4mm。
3.2 天线应远离以下金属物体，保持6mm以上间距，并要求以下物体有良好的接地：摄像头、液晶屏、按键等的FPC、连接振荡器或扬声器的导线、含金属的螺丝或螺母。
3.3 手机所有元器件外金属必须正确接地，避免参与不需要的谐振，屏蔽罩合理高度为3mm-4mm,并保持与天线平面有6mm间隔。
3.4 发射片(馈点)和接地片(地)之间的空间尽可能多地填充空气，支撑物应尽可能少。
3.5 避免放置位置: battery、 microphone 、receiver 、连接器件的FPC、 vibrater 和keypad交叉的位置。
3.6蓝牙天线不能放在板子中间，否则干扰太多，效果很差没法使用。
3.7 天线支架需要支撑其他物体，比如扬声器时,保持天线结构为一金属片状，尽量避免减小天线宽度。
3.8 天线设计在键盘下时，与最近的按键中心距离为10mm。
3.9天线支架与主板间的固定必须要有定位孔，同时推荐采用卡勾方式固定，或者采用螺钉。不能用背胶方式，反复拆装后就失去可靠性.
3.10 天线塑料盖内侧和后侧使用最少的金属喷涂。
3.11 对外壳的要求, 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。
3.12天线测试插头必须装配到3D模型中，防止实物装配插不到底
3.13注意天线弹片的工作高度。放松状况下保证1mm以上预压距离。承受预压的圆角需要做到R1mm以上，可保证根部的抗塑性能力，圆角越大弹性越好。大于20mm的尺寸控制在0.1mm；顶层平面度的控制在0.1mm；

4. 对PCB设计的要求:
4.1. PCB长度对天线增益有显著的影响，推荐双频PCB长度不得小于80mm。当PCB长度小于80mm时，增益显著恶化。如做多频段设计，PCB长度应适当加长.
4.2馈点和短接电路点接近接地片（手机PCB板）的边缘，对弹片接触来说，弯折点和PCB焊点的距离应为4－5mm。
4.3不要屏蔽焊盘馈点。
4.4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焊盘与地焊盘的中心距应大于2mm。
4.5连接天线馈电点的传输线尽量采用共面波导结构（CPW）即馈线两边都有地。
4.6天线下方尽量减少元件，特别是较高的元件。天线下放置元件的面积最多不超过30％，最高元器件与天线的间距最少要确保为2mm。
4.7不能在天线正下方放置匹配焊盘，匹配元器件应在天线馈电点附近。
4.8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。
4.9对于一些使用PCB的内置天线，天线应靠PCB边缘, 四周保持6mm的间距。天线下各层均需不能布铜。
4.10天线馈源微带线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。
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