手机天线设计汇总(飞图科技).

天线知识图解（Antenna）3月17日天线是一个相当庞大的话题，很难用一篇文章来描述天线的每个方面，但我会尝试给出一些天线的各个方面的大图片，主要用于蜂窝应用。

天线是什么？如何表现天线的性能？辐射模型天线增益总辐射功率TRPTotal Isotropic Sensitivity (TIS)Effective Isotropic Radiated Power/Equivalent Isotropic Radiated Power (EIRP)S11什么是天线？众所周知，天线是一种将电能(电信号)转换成电磁波并传送到太空的装置。

外面有各种类型的天线，下面是一些例子。

这些只是一些例子，还有很多其他类型。

看看有多少你熟悉的。

现在在大多数移动通信设备中，天线都被嵌入到一个很小的空间里。

在一个相对久远的移动电话，你可能已经看到了天线显示在左侧的图片(鞭天线)。

在大多数的移动设备，你看到这些天，天线是嵌入的情况下，或正确的印刷电路板如下所示。

随着移动设备(例如智能手机)在一个设备中获得越来越多的技术(例如，带有各种频段/ 无线接入技术的蜂窝技术，蓝牙，无线网络等) ，设计多个天线并将其放入一个小空间变得越来越困难。

如何表现天线的性能？有两个主要的标准来评估天线的性能，如下(a)应该把电能转换成电磁能，尽可能减少损失;(b)希望辐射在我需要的方向上。

有几个指标可以代表天线的性能如下辐射模型；总辐射功率;总的各向同性灵敏度。

辐射模型了解/ 评估天线性能的第一步是检查天线的辐射模型。

在大多数情况下，电能都是通过预先设定好的路径流动的，这种路径通常建立在铜线或印刷电路板上的铜痕迹上，但是一旦电能转化为电磁波，它几乎就会向四面八方传播。

根据我们设计天线的思路，电磁波在空气中传播的方向是不同的。

天线在某些方向上传输很强的能量，在某些方向上传输少量的能量，在某些方向上传输中等范围的能量等，这种能量传输方式被称为“辐射方向图”。

2023年 / 第9期 物联网技术410 引 言4G 网络创造了繁荣的网络经济，由于通信业务的多元化和复杂化，人们追求网络事物多样性的需求也日益增长，第五代移动通信系统（5G ）应运而生，它能够实现人与人、人与物、物与物之间的互联互通，VR 、自动驾驶、远程手术等具有巨大前景的技术也在5G 时代诞生并发展着。

5G 具有超大的带宽、巨大的传输速率，5G 时代的到来也促进着MIMO 技术的发展，但是其代价是增加了收发方的天线复杂度，使得天线设计必须考虑各个天线的互相影响，这对天线工程师来说是个巨大的挑战。

近年来，5G 技术越来越受到学术界和行业领域的关 注。

作为5G 无线通信的关键技术，大规模的MIMO 可以极大地提高信道容量。

因此，如何将越来越多的元件放置在有限的空间中是天线设计者面临的一个难题。

当各个天线单元之间的距离较小时，天线之间的耦合度会很大，对天线性能影响十分严重。

因此，如何提高各个天线间的耦合度成为MIMO 天线设计的重难点。

为了解决这一问题，通常采取以下3种方法：（1）将天线进行弯折，改变电流的路径，降低天线的谐振频率，这种方法也存在一定缺陷，改变电流的流向会导致方向图产生变异。

（2）提高板载天线介质板的介电常数能够增加隔离度，但是对于手机天线设计来说，一般使用FR4介质板，由于使用场景的限制，这种方法的可行性不是很高。

（3）利用耦合馈电使天线增加分布式电容，使天线激励起比较低的辐射模式，但是这种方法的困难点是馈电位置的选择。

1976年，Andersen 等人[1]从阻抗的方向出发，研究了天线耦合的问题，并将单极子天线作为例证。

Kokkinos 团队实现了利用地板缝隙对port PIFA 天线的去耦[2]。

Ban 等人[3]结合3.5 GHz 天线特点，利用中和线实现二单元4G MIMO 天线的去耦设计，其中的混合天线由GSM850/900/180/1800/1900/UMTS2100/LTE2300/2500和8个 工作于3 400～3 600 MHz 频段上的元件组成。

手机内置天线设计原理手机内置天线设计原理在手机制造商中，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。

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？一、内置天线对于手机整体设计的通用要求主板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。

设备使用模型与传统手机相比，智能手机和平板电脑的使用模型有很大变化。

除了正常工作外，这些设备还要满足电磁波能量吸收比(SA R)和助听器兼容性(HAC)法规要求。

使用模型的另一个方面是消费内容的类型。

诸如大型多人在线角色扮演游戏(MMORPG)和实时视频数据流等视频密集型移动应用不断推动数据使用率飙升。

据ABI Research预测，从2009年到2015年，西欧和北美地区数据使用率有望分别以42%和55%的年复合增长率(CAGR)增长。

这些相似的应用正在驱动制造商生产出更大尺寸、更高分辨率的显示屏。

数据使用率的提高也在悄然改变消费者对这些设备的手持方式。

例如，对于游戏应用来说，使用者必须用两手紧握设备两头，而其它应用程序可能根本无需用手握住设备。

越来越大的显示屏和使用者抓握方式的改变，使得为天线辐射单元找一个不被显示屏或用户手掌阻挡的好位置变得越来越困难。

除了这些约束外，设备制造商希望产品系列拥有更少的SKU(最小存货单位)，而且开发出能够在全球任何地方工作的平台是此类产品的发展趋势。

解决方案:为了实现全球通用，智能手机或平板电脑必须能在各种频段和协议下工作。

当然，并不要求同时在所有频段和协议下工作，因此可以开发一种能调整到目标工作频段的天线系统。

这种状态调谐式天线可被称为“智能天线”或“自适应天线”。

其基本原理是，将瞬时工作频率限制为一个或两个感兴趣的窄带频段，以满足特定地区的协议要求。

这样，对宽带工作的要求就降低了，允许天线被装进更为紧凑的空间，同时又不牺牲辐射效率。

有两种基本方法进行天线调谐：馈点匹配和孔径调谐。

不过，有许多因素会影响到这些方法的实现决策，目前还没有一个单独的解决方案能适合每种应用。

馈点匹配馈点匹配可用于许多天线实现中，无论是可调谐还是不可调谐。

匹配电路的主要功能是，在宽范围的工作条件下，实现天线终端阻抗与无线电系统其余部分阻抗(通常是50Ω)的匹配。

典型的可调谐匹配实现，使用并联或串联可变电容作为阻抗匹配电路的一部分。