手機(jī)天線簡介

 
    無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機(jī)�？梢�，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個(gè)重要的無線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無線電通信。 
 
    天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求等不同情況下使用。  
 
內(nèi)、外置天線比較 
 
    目前手機(jī)天線主要就內(nèi)置及外置天線兩種，內(nèi)置天線客觀上必然比外置天線弱。天線的架設(shè)都是盡量遠(yuǎn)離地面和建筑物的，天線接近參考地的時(shí)候，大部分能量將集中在天線和參考地之間，而無法順利發(fā)射，所以天線發(fā)射，需要一個(gè)“盡量開放”的空間。而手機(jī)電路版就是手機(jī)天線的參考地，讓天線遠(yuǎn)離手機(jī)其他電路，是提高手機(jī)天線發(fā)射效率的關(guān)鍵。 
 
    但受到實(shí)際環(huán)境限制以及大家追求攜帶方便的要求，手機(jī)的設(shè)計(jì)就必須在電氣方面做出妥協(xié)。實(shí)際上，所有的GSM手機(jī)的接收發(fā)送電路的增益都是是可以根據(jù)環(huán)境變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)的，能通過合理的參數(shù)設(shè)定，會(huì)自動(dòng)補(bǔ)償有關(guān)的損失。所以，就手機(jī)整體而言，在信號(hào)比較好情況下，內(nèi)天線和外天線并不能看出差別。 
 
    差別是有的，在信號(hào)很弱的情況，外天線尤其是長天線的信號(hào)死點(diǎn)門限將高于內(nèi)天線，也就是理論上內(nèi)天線手機(jī)比較容易在弱信號(hào)環(huán)境丟失信號(hào)。 
輻射問題，天線效率的下降必須以大的發(fā)射功率補(bǔ)償，相同條件下內(nèi)天線的輻射會(huì)比外天線大。但人體實(shí)際受到的輻射和整機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)，內(nèi)天線手機(jī)也可以通過合理安排天線位置，抵消輻射對(duì)人體的影響。 
 
輻射問題 
 
    手機(jī)的輻射主要是手機(jī)的天線發(fā)射模塊帶來的，手機(jī)的天線做得十分粗大，它的作用就是為了減小發(fā)射的阻力。 
 
    可以說手機(jī)天線是手機(jī)的輻射源，而把所謂的防磁貼貼在聽音器上面也是不行的，因?yàn)檫@樣會(huì)改變天線周圍的磁場，使得天線的信號(hào)發(fā)生變化，使得通話不能正常進(jìn)行。 
 
 

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這個(gè)是比較好的科普性知識(shí)。 
 
期待對(duì)手機(jī)天線更專業(yè)一些的介紹。

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手機(jī)雙頻天線的阻抗匹配 
 
通常對(duì)某個(gè)頻點(diǎn)上的阻抗匹配可利用SMITH圓圖工具進(jìn)行, 兩個(gè)器件肯定能搞定, 即通過串+并聯(lián)電感或電容即可實(shí)現(xiàn)由圓圖上任一點(diǎn)到另一點(diǎn)的阻抗匹配, 但這是單頻的。而手機(jī)天線是雙頻的, 對(duì)其中一個(gè)頻點(diǎn)匹配,必然會(huì)對(duì)另一個(gè)頻點(diǎn)造成影響, 因此阻抗匹配只能是在兩個(gè)頻段上折衷. 
 
在某一個(gè)頻點(diǎn)匹配很容易，但是雙頻以上就復(fù)雜點(diǎn)了。因?yàn)樵?00M完全匹配了，那么1800處就不會(huì)達(dá)到匹配，要算一個(gè)適合的匹配電路。最好用仿真軟件或一個(gè)點(diǎn)匹配好了，在 網(wǎng)絡(luò)分析儀上 的 S11參數(shù)下調(diào)整，因?yàn)殡p頻的匹配點(diǎn)肯定離此處不會(huì)太遠(yuǎn)。，只有兩個(gè)元件匹配是唯一的，但是 pi 型網(wǎng)絡(luò)匹配，就有無數(shù)個(gè)解了。這時(shí)候需要仿真來挑，最好使用經(jīng)驗(yàn)。 
 
 
仿真工具在實(shí)際過程中幾乎沒什么用處。因?yàn)榉抡婀ぞ呤遣恢�道你元件的模型的。你必須要輸入�?shí)際元件的模型，也就是說各種分布參數(shù)，你的結(jié)果才可能與實(shí)際相符。一個(gè)實(shí)際電感器并不是簡單用電感量能衡量的，應(yīng)該是一個(gè)等效網(wǎng)絡(luò)來模擬。本人通常只會(huì)用仿真工具做一些理論的研究。 
 
實(shí)際設(shè)計(jì)中，要充分明白Smith圓圖的原理，然后用網(wǎng)絡(luò)分析儀的圓圖工具多調(diào)試。懂原理讓你定性地知道要用什么件，多調(diào)是要讓你熟悉你所用的元件會(huì)在實(shí)際的圓圖上怎么移動(dòng)。（由于分布參數(shù)及元件的頻率響應(yīng)特性的不同，實(shí)際件在圓圖上的移動(dòng)和你理論計(jì)算的移動(dòng)會(huì)不同的）。 
 
雙頻的匹配的確是一個(gè)折衷的過程。你加一個(gè)件一定是有目的性的。以GSM、DCS雙頻來說，你如果想調(diào)GSM而又不太想改變DCS，你就應(yīng)該選擇串連電容、并聯(lián)電感的方式。同樣如果想調(diào)DCS，你應(yīng)該選擇串電感、并電容。 
 
理論上需要2各件調(diào)一個(gè)頻點(diǎn)，所以實(shí)際的手機(jī)或者移動(dòng)終端通常按如下規(guī)律安排匹配電路：對(duì)于簡單一些的，天線空間比較大，反射本來就較小的，采用Pai型（2并一串），如常規(guī)直板手機(jī)、常規(guī)翻蓋機(jī)；稍微復(fù)雜些的采用雙L型（2串2并）：對(duì)于更復(fù)雜的，采用L＋Pai型（2串3并），比如用拉桿天線的手機(jī)。 
 
記住，匹配電路雖然能降低反射，但同時(shí)會(huì)引入損耗。有些情況，雖然駐波比好了，但天線系統(tǒng)的效率反而會(huì)降低。所以匹配電路的設(shè)計(jì)是有些忌諱的；比如在GSM、DCS手機(jī)中匹配電路中，串聯(lián)電感一般不大于5.6nH。還有，當(dāng)天線的反射本身比較大，帶寬不夠，在smith圖上看到各頻帶邊界點(diǎn)離圓心的半徑很大，一般加匹配是不能改善輻射的。 
 
天線的反射指標(biāo)（VSWR，return loss）在設(shè)計(jì)過程中一般只要作為參考。關(guān)鍵參數(shù)是傳輸性參數(shù)（如效率，增益等）。有人一味強(qiáng)調(diào)return loss，一張口要－10dB，駐波比要小于1.5，其實(shí)沒有意義。我碰到這種人，我就開玩笑說，你只要反射指標(biāo)好，我給你接一個(gè)50歐姆的匹配電阻好了，那樣駐波小于1.1啊，至于你手機(jī)能不能工作我就不管了！ 
 
SWR駐波比僅僅說明端口的匹配程度，即阻抗匹配程度。匹配好，SWR小，天線輸入端口處反射回去的功率小。匹配不好，反射回去的功率就大。至于進(jìn)入天線的那部分功率是不是輻射了，你根本不清楚。天線的效率是輻射到空間的總功率與輸入端口處的總功率之比。所以SWR好了，無法判斷天線效率一定就高（拿一個(gè)50ohm的匹配電阻接上，SWR很好的，但有輻射嗎？）。但是SWR不好了，反射的功率大，可以肯定天線的效率一定不會(huì)高。SWR好是天線效率好的必要條件而非充分條件。SWR好并且輻射效率（radiation efficiency）高是天線效率高的充分必要條件。當(dāng)SWR為理想值（1）時(shí)，端口理想匹配，此時(shí)天線效率就等于輻射效率。 
 
當(dāng)今的手機(jī)，天線的空間壓縮得越來越小，是犧牲天線的性能作為代價(jià)的。對(duì)于某些多頻天線，甚至VSWR達(dá)到了6。以前大家比較多采用外置天線，平均效率在50％算低的，現(xiàn)在50％以上的效率就算很好了！看一看市場上的手機(jī)，即使是名公司的，如Nokia等，也有效率低于20％的。有的手機(jī)(滑蓋的啊，旋轉(zhuǎn)的啊)甚至在某些頻點(diǎn)的效率只有10％左右。  
 
見過幾個(gè)手機(jī)內(nèi)置天線的測試報(bào)告，天線效率基本都在30-40%左右，當(dāng)時(shí)覺得實(shí)在是夠差的（比我設(shè)計(jì)的微帶天線而言），現(xiàn)在看來還是湊合的了。不過實(shí)際工程中，好像都把由于S11造成的損耗和匹配電路的損耗計(jì)在效率當(dāng)中了，按天線原理，只有介質(zhì)損耗（包括基板引起的和手機(jī)內(nèi)磁鐵引起的）和金屬損耗（盡管很�。┦窃谔炀�損耗中的，而回?fù)p和匹配電路的損耗不應(yīng)該記入的。不過工程就是工程啊，這樣容易測試啊。 
 
對(duì)了，再補(bǔ)充一句，軟件仿真在一定程度上是對(duì)工程有幫助的：當(dāng)然，仿真的結(jié)果準(zhǔn)確程度沒法跟測試相比，但是通過參數(shù)掃描仿真獲取的 天線性能隨參數(shù)變化趨勢還是有用的，這比通過測試獲取數(shù)據(jù)要快不少，尤其是對(duì)某些不常用的參數(shù)。 
 
 
“仿真工具在實(shí)際工程中沒有什么用處”，是說在設(shè)計(jì)匹配電路時(shí)，更具體一點(diǎn)是指設(shè)計(jì)雙頻GSM、DCS手機(jī)天線匹配電路時(shí)。如果單獨(dú)理解這句話，無疑是錯(cuò)的。事實(shí)上，我一直在用HFSS進(jìn)行天線仿真，其結(jié)果也都是基于仿真結(jié)果的。 
 
 
對(duì)了，焊元器件真的是一件費(fèi)勁的事，而且也有方法的，所謂熟能生巧嘛。大的公司可能給你專門配焊接員，那樣你可能就只要說焊什么就可以了。然而，我們在此討論的是如何有效地完成匹配電路的設(shè)計(jì)。注意有效性！有效性包括所耗的時(shí)間以及選擇元器件的準(zhǔn)確性。 如果沒有實(shí)際動(dòng)手的經(jīng)驗(yàn)，只通過軟件仿真得出一種匹配設(shè)計(jì)然而用到實(shí)際天線輸入端。呵呵，我可以說，十有八九你的設(shè)計(jì)會(huì)不能用，甚至和你的想象大相徑庭！ 
 
實(shí)際設(shè)計(jì)中，還有一種情況你在仿真中是無法考慮的（除非你事先測量）。那就是，分布參數(shù)對(duì)于PIFA的影響。由于如今天線高度越來越小，而匹配電路要么在天線的下方（里面）要么在其下方（外面），反正很近，加入一個(gè)實(shí)際元件在實(shí)際中會(huì)引入分布參數(shù)的改變。尤其如果電路板排版不好，這種效應(yīng)會(huì)明顯一些。實(shí)際焊接時(shí)，甚至如果一個(gè)件焊得不太好，重新焊接一下，都會(huì)帶來阻抗的變化。 
 
所以，PIFA的設(shè)計(jì)中，通常我們不采用匹配電路（或者叫0ohm匹配）。這就要求你仔細(xì)調(diào)節(jié)優(yōu)化你的天線。一般來說對(duì)現(xiàn)今的柔性電路板設(shè)計(jì)方案（Flexfilm）比較容易做到，因?yàn)樾薷妮椛淦�比較容易。對(duì)于用得比較多的另一種設(shè)計(jì)方案沖壓金屬片（stamping metal），相對(duì)來說就比較難些了。一是硬度大，受工藝的限制不能充分理由所有空間，二是模具一旦成型要多次修改輻射片的設(shè)計(jì)也很困難。 
 
 
在匹配設(shè)計(jì)上仿真工具有沒有很大的用處，沒多少人是可以用仿真工具算出匹配來的。 再說，有沒有很大效果怎么衡量呢？ 工程上講究的是快速，準(zhǔn)確。為了仿真而仿真，沒有實(shí)際意義。為了得到一個(gè)2、3、最多5個(gè)件的匹配你去建立電感、電容的模型，不太值的。還有，你如何考慮上面我提到的PIFA匹配的分布參數(shù)的改變？前面我還說到一些匹配電路的忌諱，不是源于理論，完全源于實(shí)踐。因?yàn)樘炀�的設(shè)計(jì)是希望能提高它的輻射效率(總效率)！我沒有成功地在1小時(shí)內(nèi)通過仿真工具找到過準(zhǔn)確的匹配電路（就說GSM、DCS）雙頻的吧，（實(shí)際中用視錯(cuò)法是可以的）。

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樓主的資料不錯(cuò)哦！希望能繼續(xù)弄些好東西過來在這邊說說！

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好貼，建議樓主介紹幾個(gè)手機(jī)天線的模型，多弄些資料

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