手机天线的综述

luning

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随着现代通信技术的不断进步，移动通信以前所未有的速度向前发展。作为移动通信重要组成部分的手机，也在人们的日常生活和工作中扮演者越来越重要的角色。而作为手机的一部分，手机天线的重要性也是越来越明显，它的好坏最直接的影响了手机性能的优劣。由此可见，要想生产一部优秀的手机，首先要设计出一款性能优良的手机天线，下面就对手机天线做一个概述。[br]<p align=right><font color=red>-5RD币</font></p>

xiaoyu1984

我想看[em01]

wd0123

我不想看！~~这个也要2个

aksun

哎，RD币泛滥，什么也看不了

能不能要花RD币的都必须有简要介绍，让买的人知道是怎么回事啊

bxalex

[em14][em14][em14]此书写的非常不错

kathy123

好东西，可惜我都没钱了，看不了呀

kathy123

怎么都要花钱呀

gu1feng22

hjghghj

hs1982x

综述报告

随着现代通信技术的不断进步，移动通信以前所未有的速度向前发展。作为移动通信重要组成部分的手机，也在人们的日常生活和工作中扮演者越来越重要的角色。而作为手机的一部分，手机天线的重要性也是越来越明显，它的好坏最直接的影响了手机性能的优劣。由此可见，要想生产一部优秀的手机，首先要设计出一款性能优良的手机天线，下面就对手机天线做一个概述。
一  手机天线的概念
手机天线属于电小天线的一种，所谓电小天线就是指最大几何尺寸远远小于波长的天线。当天线的尺寸与波长相比很小时，其实质就是一个带有少量辐射的电感器或电容器。它仍然是整个天线系统的一个分支，与一般大天线相比并无本质差别，只是其电尺寸小，所以有特别需要注意的一些方面。
（1）方向性
电小天线的电尺寸很小，因此其方向图接近电流元或磁流元的方向图，因此其方向系数接近1.5。
（2）辐射效率
辐射效率的定义是：

其中 是辐射电阻， 是损耗电阻。在损耗电阻中包括天线自身的欧姆损
耗还包括馈线和匹配网络中的损耗电阻，即：
= +
其中 是天线上的损耗电阻， 是馈线和匹配网络中的损耗电阻。
        一般来说在提到天线效率时并不考虑 ，但由于小天线和匹配电路密切相关，比如一个小的电容性天线，由于天线输入容抗很高，电阻很小，如果要求此天线和发射机匹配，则在匹配电路中必然要求引入一个串连的大电感使之调谐，并通过变换将低阻值变换为所需的电阻值。这是匹配电路必然带来可观的损耗，所以考虑电小天线的效率必须将 计入，以便于对比各种电小天线的性能。
( 3 ) 增益
根据天线增益公式：  
要提高增益则应设法提高辐射效率 和方向系数D，但对电小天线来说，由于 ，所以提高增益的途径，主要依赖于提高天线的辐射效率 。同时由此也可以看出，对于电小天线而言，提高增益和提高辐射效率是等效的。在手机天线中，有时也使用总辐射功率（TRP）的概念，即天线的总辐射功率，可以通过天线在空间各方向上的增益求积分得到。电小天线中的增益（G）、辐射效率（ ）和总辐射功率（TRP）是三个相互关联的概念，当其中一个性能得到改善时，另外两个性能也随之改善。
( 4 ) 输入阻抗
天线输入阻抗 定义为天线输入端的电压和电流之比。 的有功和无功分量分别用 和 表示，称为输入电阻和输入电抗。电小天线的 通常很低，它由天线的辐射和天线的损耗两方面的因素形成。
( 5 ) 工作频带
天线的工作频带定义为天线在辐射方面的特性基本满足所提出的要求时的频率范围。由于电小天线方向性在工作频段内类似电流元特性，在整个波段变化不显著，所以主要变化特性一般指输入阻抗的变化，工作频带也都是指阻抗带宽。手机天线一般要求阻抗带宽在VSWR<2.5附近。
既然电小天线是天线的一个分支，因此它的电指标的定义和一般天线并无实质上的差别，以上提出的几点仅是说明它的特殊性，其它的电指标将不再阐述。
二  手机天线的分类
目前手机天线主要有外置及内置天线两种。
外置天线主要使用螺旋或者PCB，螺旋天线一般带宽比较好也比较常用，PCB
天线比较容易调频率易于设计。
内置天线主要是PIFA与MONOPOLE天线。
PIFA天线：即平面倒F天线，它自产生以来，一直到今天都一直是内置天线的主要形式。这种天线的基本组成形式是互相平行的平面辐射单元和接地面，在辐射单元上彼此靠近的位置有一个接地的短路片和一个馈电片。
    MONOPOLE天线，即单极子天线，其基本原理是将对称振子的两个极性相反的馈点处使用接地面，利用天线对地的镜像与天线一起构成对称振子。这种天线本身的物理尺寸比对称振子缩小1/2，但具有与对称振子相似的辐射特性，因此这是天线小型化的一种重要措施。
由于手机逐渐向小型化发展，手机天线也逐渐小型化，因此内置天线逐渐取代了外置天线，占据了主导地位。除了这些天线，还出现了一些新型的天线，比如智能天线、微带天线等，它们则代表了手机天线的未来发展趋势。
三  手机天线的设计过程
手机天线的设计是个复杂的过程，首先要清楚手机所需要工作的频段，以及它的结构形式，由此可以决定选择哪种天线。其次设计出天线的结构图，并用仿真软件进行仿真，生产出样品。再次对样品进行性能上的测试，包括无源测试、有源测试和整机测试等，在此基础上对天线进行改进，最终确定成品。最后进行量产。
手机天线在设计过程中还需要注意一些事项，比如说：要尽早确定天线形式，是PIFA天线，还是MONOPOLE天线，螺旋天线，外置还是内置天线等。能尽量留多点空间给天线的就尽量多，面积越小的电小天线效率越低，相应的带宽也会窄一些，如果你追求高效率较宽的带宽的话，一定要多给天线一点空间；尽量将天线的位置放在远离噪声源的地方，比如LDO侧，电池座边，摄像头边，LCD或摄像头接插件边等，能不把这些器件放在靠近天线的位置就尽量不要放，就是要放也要离开一定的距离，而且要用地隔离。
这些只是手机天线设计的大概过程，其实天线的设计是个很复杂的过程，中间需要考虑的东西还有很多，因此要想设计一款性能优良的手机天线，需要下很大的功夫，还需要有很好的理论知识和经验。
四  手机天线的测试
    天线设计出来了，怎样衡量它的好坏呢，这就需要对手机天线的测量过程进行了解。手机天线的测量主要分为两部分：无源测试和有源测试。下面对此一一介绍。
1 天线无源测试
（1）衡量天线性能的主要参数
天线匹配（回波损耗，电压驻波比）
方向图、增益（辐射效率）
（2）天线匹配的概念
当馈线所接的终端负载与馈线的特性阻抗相等时，则称为馈线终端是匹配连接的。匹配情况下馈线上只有传向终端负载的入射波，而没有终端负载产生的反射波。因此，当天线为终端负载时，保证馈线与天线输入阻抗之间带内匹配才能使天线获得全部信号功率。
（3）回波损耗（ ）
当天线与馈线不匹配时，即天线的输入阻抗不等于馈线的特性阻抗时，天线只能从馈线吸收部分射频能量，未被吸收的能量将在馈线上产生反射波。假设到天线输入端的入射能量为 ，反射能量为 ，则回波损耗值可表示为：
        RL=10lg（ / ）     （dB）
（4）电压驻波比（VSWR）
馈线上反射波和入射波电压的幅度比值称为反射系数，记作 。
Γ=（ -  ）/（ +  ）
驻波比定义为：VSWR=（1+|Γ|）/（1-|Γ|），即波腹和波节电压的幅度比值。
终端负载阻抗和馈线阻抗越接近，反射越小，此时驻波比趋近于1。驻波比和回波损耗具有一一对应关系，其关系式表示为：

（5）天线匹配的调试工具：矢量网络分析仪（VNA）
衡量天线输入阻抗的方法是用回波损耗或驻波比，或Smith圆图轨迹。常用的VNA有：Agilent E5070B（300kHz－3GHz），Agilent E5071B（300kHz－8.5GHz），HP8753ES（300kHz－3GHz）。矢量网络分析仪在开机使用时，应先进行开路、短路、匹配单端口校准。将天线馈线与网络分析仪测试端口连接测量S11参数。史密斯圆图是平面直角坐标系右半平面经保角变换映射到单位圆得到，其中原点映射到圆周左端点，无穷远点映射到右端点，圆图中心为特性阻抗点。圆图上半面电抗呈感性，下半面电抗呈容性。在史密斯圆图上，闭合环代表谐振点，环的半径越大，谐振Q值越小，带宽越大。在回波损耗曲线上，凹陷代表谐振点，凹陷越深，谐振Q值越大，带宽越小。
（6）方向图
天线所辐射的电磁波能量在空间方向上的分布是不均匀的，这就是天线的方向性，天线的方向图是天线的辐射参量随空间方向变化的图形表示。此处的辐射参量一般是场强或功率通量密度。
考虑立体的方向图较难绘制，所以一般取几个主平面的方向图：E面方向图，即最大辐射方向和电场矢量所在的平面；H面，即最大辐射方向和磁场矢量所在的平面。
其它的测试还包括测试增益及辐射效率等。
2 天线有源测试
天线有源测试的目的就是将天线与手机集成在一起，测量手机整机的发射和接收性能，以及整机的SAR值状况。
（1）发射和接收性能测试
整机发射和接收性能的主要测试设备是CMU200，以及屏蔽箱（金字塔）或2D/3D微波暗室。测试时将CMU200调整为手机发射基站接收模式，将手机固定在屏蔽箱或金字塔内的测试架上，由手机发起一个呼叫，探测手机呼叫状态下的最大发射功率和接收灵敏度以及相位和频率误差等指标。
（2）SAR值测试
    手机的辐射问题越来越引起人们的注意，因此手机天线必须进行SAR值测试。 所谓的SAR值测试 ,就是测试人体吸收辐射能的比率，即人体单位质量吸收的手机辐射能量。SAR值测试使用SAR测试系统。使用类似人体的测试架，内装电导率类似人体组织液的液体，测试时将手机置于人体模型头部下方并设置为工作状态，用机械手抓起的探针探测人头各点处的场强并换算成相应的SAR值。
有源测试结果和无源测试结果的关系：手机符合入网性能要求，必须有源测试结果合格；无源测试结果良好，说明天线有良好的性能，但不一定能够保证有源测试合格；无源测试结果不良，整机测试结果也很难做好；良好的无源测试结果和良好的射频电路配合，则容易得到良好的整机性能。

newk2008

大哥，好象不怎么样，感觉被骗了。。。