新手入行手機(jī)天線學(xué)習(xí)

1、1.手機(jī)天線基本知識1.1 移動通信對手機(jī)天線的要求天線最主要的功能在于轉(zhuǎn)換兩種不同傳播介質(zhì)中的電磁波能量。在能量轉(zhuǎn)換的過程中，會出現(xiàn)收發(fā)信機(jī)與天線及天線與傳播介質(zhì)之間的不連續(xù)接口。在無線通訊系統(tǒng)中，天線必須依照這兩個接口的特性來做適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，以使得收發(fā)信機(jī)、天線以及傳播介質(zhì)之間形成一個連續(xù)的能量傳輸路徑。移動通信手機(jī)對天線的要求：a.外在要求：天線尺寸小，重量輕，剖面低，攜帶方便，機(jī)械強(qiáng)度好b.電性能要求：水平面要求有全向輻射方向圖，頻帶寬，效率高，增益高，受周圍環(huán)境影響小，對人體輻射傷害小1.2 手機(jī)天線的分類和性能對比1.2.1 分類傳統(tǒng)的手機(jī)天線可以根據(jù)天線所處的位置分為外置天線和內(nèi)置

2、天線兩大類。手機(jī)天線按傳統(tǒng)的天線單元形式可分為：a.外置天線：單極天線、螺旋天線、PCB印制螺旋天線b.內(nèi)置天線：微帶貼片天線、縫隙天線、IFA天線和倒L天線、PIFA、陶瓷天線1.2.2 外置天線的情況外置天線的的優(yōu)點是頻帶范圍寬、接收信號比較穩(wěn)定、制造簡單費用相對低；缺點是天線暴露于機(jī)體外易于損壞、天線靠近人體時導(dǎo)致性能變壞、不易加諸如反射層和保護(hù)層等來減小天線對人體的輻射傷害、同時對于FDD的系統(tǒng)，接收和發(fā)送必須使用不同的匹配電路。傳統(tǒng)的外置天線一般為單極天線，雖然制作簡單，但是尺寸較大，不便于攜帶。一般采用螺旋天線來降低天線的尺寸（法向螺旋），另外現(xiàn)在也開始使用印制在PCB的螺旋天線來

3、得到更小尺寸與各種形狀的外置天線。圖1 PCB板螺旋天線圖2 螺旋天線這種天線還有許多種變形形式，能夠?qū)崿F(xiàn)多頻、寬帶的要求，有很強(qiáng)的靈活性，因此在外置天線中，此類天線的應(yīng)用越來越廣。拉桿天線：一般是采用一節(jié)1/4波長螺旋和一節(jié)1/2波長螺旋構(gòu)成，需要介質(zhì)棒去耦，用來實現(xiàn)手機(jī)的高增益，在手持情況下，其增益可增加6dB以上。另外還有一種所謂的介質(zhì)天線，中長介質(zhì)天線是一種漏波天線，其輻射特性為端射，而此處的介質(zhì)天線可能是類似單極天線的天線，其通過介質(zhì)諧振器的原理工作來輻射信號，可以使天線的體積大大減小，如果如此，此天線的Q值高，帶寬窄，寬帶與多頻均不易實現(xiàn)，應(yīng)不會有多少應(yīng)用。下面是其基本介紹：介質(zhì)振

4、蕩器天線由高介電常數(shù)、低損耗的材料制成，其好處是：尺寸小，帶寬可在110內(nèi)可調(diào)，無導(dǎo)體損耗，天線效率高，可產(chǎn)生多種模式，低次模帶寬好一些，高次模增益大。如果介質(zhì)振蕩器的尺寸足夠小，也是可以內(nèi)置于手機(jī)中的。圖3 介質(zhì)振蕩天線綜述：單極天線由于其要求的長度長，一般不使用。拉桿天線雖然有效增益高，電性能較好，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時需要使用記憶金屬作材料，因此價格較貴，除北美等少數(shù)地方外，應(yīng)用較少，我們不考慮使用。螺旋天線以其良好的輻射特性、小體積、頻帶擴(kuò)展容易實現(xiàn)的特性成為外置天線的的主流，但其體積還是較大，同時形狀固定，不適合手機(jī)造形設(shè)計等特殊要求。PCB形式的螺旋天線比普通螺旋天線的體積更小，天線形

5、狀是扁平特性的，同時此類天線的設(shè)計具有較強(qiáng)的靈活性，應(yīng)用漸多。在外置天線的應(yīng)用中螺旋天線還是第一選擇，其次是PCB形式的螺旋天線。1.2.3 內(nèi)置天線的情況內(nèi)置天線的特點：可以做得非常小，不易損壞；可以將其安放在手機(jī)中遠(yuǎn)離人腦的一面，而在靠近人腦的部分貼上反射層、保護(hù)層來減小天線對人體的輻射傷害。可以安裝多個，很方便組陣，從而實現(xiàn)手機(jī)天線的智能化，這一點對未來的移動通信系統(tǒng)來說非常有用。 內(nèi)置天線的形式特別多，包括微帶貼片天線、縫隙天線、IFA天線和倒L天線、PIFA、陶瓷天線等等。 PIFA是現(xiàn)在使用得最多的一種內(nèi)置天線，其由倒F線天線演變而來，具有體積小，增益高，剖面低，帶寬相對較寬的特點

6、，是在手機(jī)天線中使用得最多的天線。陶瓷天線是一種特別小型化的天線。陶瓷天線的種類可分為塊狀陶瓷天線與多層陶瓷天線，前者是使用高)將整塊陶瓷體一次燒結(jié)完成后再將天線的金屬部份印在陶瓷塊的表面上；后者則采用低溫共燒（LTTC）的方式將多層陶瓷迭壓對位后再低溫?zé)Y(jié)，所以天線的金屬導(dǎo)體可以依設(shè)計需要印在每一層陶瓷介質(zhì)層上，故可有效縮小天線所需尺寸，并能達(dá)到隱藏天線設(shè)計布局的目的。 圖4 用于藍(lán)牙的陶瓷天線 一般地，陶瓷天線只在要求天線尺寸極度小的情況下使用，現(xiàn)在在藍(lán)牙設(shè)備中有應(yīng)用。其增益低，效率低，頻帶窄，而且成本高，在手機(jī)中使用還需假以時日。1.24內(nèi)置天線與外置天線電特性與成本比較一般情況，外置天

7、線的駐波比可以做到2，增益可以做到0-1dBi。對于內(nèi)置天線，駐波也可以做到3之內(nèi)，增益了可做到0-1dBi。在手機(jī)天線中，天線增益并不重要，其平均有效增益才重要，基本的結(jié)論，外置天線的平均有效增益比一般的內(nèi)置天線大2dB左右。內(nèi)置天線的效率是達(dá)不到外置天線的水平的。手機(jī)天線選擇時不能被PEAK GAIN有欺騙，實際的平均有效增益小于此值，同時與手機(jī)設(shè)計息息相關(guān)。外置天線手機(jī)天線價格為2.54元左右。而且內(nèi)置天線比較貴，大概從320元都有。 1.2.5 綜合根據(jù)上述的介紹，天線的分類和性能比較如下： 天線類型外置天線內(nèi)置天線單極子天線螺旋天線PCB形式的螺旋天線PIFA天線貼片天線縫隙天線陶瓷

8、天線價格比較拉桿天線價格比較貴。價格便宜價格便宜價格便宜很少用很少用價格便宜電性能比較外置天線的駐波比可以做到2，增益可以做到0-1dBi。內(nèi)置天線，駐波比就比較差了。一般在6左右。增益了可做到0-1dBi。電性能一般，主要是平均效率比較差。用途說平目前，手機(jī)上外置天線，螺旋天線是主流，主要的原因是可以降低天線的尺寸。而柔性PCB的螺旋天線是將來的發(fā)展方向。手機(jī)上的內(nèi)置天線，PIFA是現(xiàn)在使用得最多的一種內(nèi)置天線。主要是體積小，增益高，帶寬比較寬。一般用在BT，wlan和GPS上。在PHS上也有應(yīng)用。1.3 手機(jī)天線的指標(biāo)意義 天 線 增 益 ：某一方向的天線增益是指該方向上的功率通量密度和理

9、想點 源或半波振子在最大 輻射方向上的功率通量密度之比。 增益與天線方向圖的關(guān)系：方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 垂 直 極 化 ：常以大地作為標(biāo)準(zhǔn)面。凡是極化面與大地法線面平行的極化波稱為垂直極化波。 其電場方向與大地垂直。 如果天線采用垂直極化，那我們希望的結(jié)果是水平波束寬度最小。下圖是一個天線的理想極化圖（立體圖、垂直面圖、水平面圖）Monopole的設(shè)計與PIFA天線設(shè)計流程是相同的，測試標(biāo)準(zhǔn)也是同等對待。1.Monopole 即單極天線說明：PF天線和單極天線包含的常用種類分為兩種1>彈片式 2>貼片式(FPC)2.PIFA 即PF天線或者倒F天線(Plane

10、60; Figure Antenna)PIFA與Monopole的優(yōu)劣1.PIFA皮法天線如按要求設(shè)計環(huán)境結(jié)構(gòu)，電性能相稱優(yōu)越，包括SAR指標(biāo)，是內(nèi)置天線首選方案。2.Monopole天線投影區(qū)域不能有鋪地，或無PCB，同時也不要安排馬達(dá)、SPEAKER、RECEIVER等較大金屬結(jié)構(gòu)的元件。由于單極天線的電性能對金屬特別敏感，甚至無法實現(xiàn)。 綜合來說PIFA天線對環(huán)境要求不太高，比較容易實現(xiàn)，性能也能達(dá)到一般要求，所以大多手機(jī)（山寨）都首選這種天線。常用匹配等效電路PIFA天線等效圖如上，由L2與C1構(gòu)成一個偏向電容性的諧振，之后與L1電感諧振，就是通過L1，L2，C1把傳輸線過來的能量升壓

11、到C1上，之后利用C1這個場空間把電磁場能量釋放出去，所以對C1來說，必需要求天線跟地之間有一定的高度，一般不小于7mm，最少不低于5mm。為了提高天線頻帶，再引入一個C2再引入地，同時在天線周圍多設(shè)接地點。這樣讓電場有更廣泛的輻射。N90天線就是利用多個接地點來提高帶寬的。6.3.4 匹配概念 什么叫匹配？簡單地說，饋線終端所接負(fù)載阻抗L 等于饋線特性阻抗0 時，稱為饋線終端是匹配連接的。匹配時，饋線上只存在傳向終端負(fù)載的入射波，而沒有由終端負(fù)載產(chǎn)生的反射波，因此，當(dāng)天線作為終端負(fù)載時，匹配能保證天線取得全部信號功率。如下圖所示，當(dāng)天線阻抗為 50 歐時，與50 歐的電纜是匹配的，而當(dāng)天線阻

12、抗為 80 歐時，與50 歐的電纜是不匹配的。 如果天線振子直徑較粗，天線輸入阻抗隨頻率的變化較小，容易和饋線保持匹配，這時天線的 工作頻率范圍就較寬。反之，則較窄。 在實際工作中，天線的輸入阻抗還會受到周圍物體的影響。為了使饋線與天線良好匹配，在架設(shè)天線時還需要通過測量，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整天線的局部結(jié)構(gòu)，或加裝匹配裝置。 FTA測試FTA測試全稱是全面型號認(rèn)證（FULL TYPE APPROVAL）。所有的移動電話生產(chǎn)企業(yè)為了使自己生產(chǎn)的手機(jī)能進(jìn)入市場，都必須取得國際移動設(shè)備標(biāo)識（該標(biāo)識在全球范圍內(nèi)是唯一的），即IMEI(INTERNATIONAL MOBILE EQUIPMENT IDENTIFI

13、ER)。而沒有IMEI的手機(jī)在GSM網(wǎng)絡(luò)中將無法使用。IMEI 是由GSM MOU(即GSM聯(lián)盟，包括GSM的運營商和GSM手機(jī)的生廠商)組織授權(quán)的中立的發(fā)證機(jī)構(gòu)（NOTIFY BODY）根據(jù)FTA 認(rèn)證實驗室的測試報告發(fā)放。要取得IMEI號，則必須通過FTA認(rèn)證實驗室的認(rèn)證測試。目前，只有歐洲和美國設(shè)有FTA認(rèn)證實驗室。今年四月以后，F(xiàn)TA認(rèn)證實驗室的范圍將擴(kuò)大，中國也將會設(shè)立。 FTA測試的目的是檢驗手機(jī)是否符合GSM標(biāo)準(zhǔn)的要求。其內(nèi)容分為軟件測試、硬件測試和電磁兼容測試，測試項目共有三百多項。測試的主要的內(nèi)容有：1. 硬件 1.1 接收1.1.1 參考靈敏度1.1.2 動態(tài)范圍1.1.3

14、 鄰道抑制1.1.4 阻塞響應(yīng)1.1.6 互調(diào)抑制1.1.7 AGC(自動功率控制)電平報告1.2 發(fā)射1.2.1 發(fā)射功率與曲線1.2.2 相位誤差1.2.3 頻率誤差1.2.4 調(diào)制頻率1.2.5 開關(guān)頻率1.3 音頻基帶2. 軟件2.1 RR（無線資源管理）測試2.1.1 初次化規(guī)程2.1.2 尋呼規(guī)程 2.1.3 切換規(guī)程2.1.4 呼叫重建2.2 MM(移動性管理)測試2.2.1 鑒權(quán)2.2.2 加密2.2.3 位置更新2.3 CM（通訊管理）測試2.3.1 呼叫控制2.3.2 呼叫業(yè)務(wù)管理2.3.3 短信息3. 電磁兼容測試通過FTA測試的手機(jī)就被認(rèn)為達(dá)到了GSM協(xié)議的要求，具有了

15、能夠進(jìn)行實際應(yīng)用的能力，可以作為商品生產(chǎn)了。同時，對生產(chǎn)廠商來說，也證明了自身的研發(fā)能力達(dá)到一定的水平。因此，F(xiàn)TA測試對手機(jī)生產(chǎn)商是一件有重要意義的工作。2 OTA測試1. OTA 測試介紹1.1 手機(jī)的無源測試和有源測試當(dāng)前在手機(jī)射頻性能測試中越來越關(guān)注整機(jī)輻射性能的測試，這種輻射性能反映了手機(jī)的最終發(fā)射和接收性能。目前主要有兩種方法對手機(jī)的輻射性能進(jìn)行考察：一種是從天線的輻射性能進(jìn)行判定，是目前較為傳統(tǒng)的天線測試方法，稱為無源測試；另一種是在特定微波暗室內(nèi)，測試手機(jī)的輻射功率和接收靈敏度，稱為有源測試。OTA(Over The Air)測試就屬于有源測試。無源測試側(cè)重從手機(jī)天線的增益、效

16、率、方向圖等天線的輻射參數(shù)方面考察手機(jī)的輻射性能。無源測試雖然考慮了整機(jī)環(huán)境(比如天線周圍器件、開蓋和閉蓋)對天線性能的影響，但天線與整機(jī)配合之后最終的輻射發(fā)射功率和接收靈敏度如何，從無源測試數(shù)據(jù)無法直接得知，測試數(shù)據(jù)不是很直觀。有源測試則側(cè)重從手機(jī)整機(jī)的發(fā)射功率和接收靈敏度方面考察手機(jī)的輻射性能。有源測試是在特定的微波暗室中測試整機(jī)在三維空間各個方向的發(fā)射功率和接收靈敏度，更能直接地反映手機(jī)整機(jī)的輻射性能。CTIA(Cellular Telecommunication and Internet Association)制定了OTA(Over The Air)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。OTA 測試著重進(jìn)行整

17、機(jī)輻射性能方面的測試，并逐漸成為手機(jī)廠商重視和認(rèn)可的測試項目。1.2 OTA 測試的目的目前只有通過FTA(Full Type Approval)認(rèn)證測試的手機(jī)型號才能上市銷售，在FTA 測試中，射頻性能測試主要進(jìn)行手機(jī)在電纜連接模式下的射頻性能測試；至于手機(jī)整機(jī)的輻射發(fā)射和接收性能，在FTA 測試中沒有明確的規(guī)定,而OTA 測試正好彌補(bǔ)FTA 測試在這方面測試的不足。同時，終端生產(chǎn)廠家必須對所生產(chǎn)手機(jī)的輻射性能有清楚的了解，并通過各種措施提高手機(jī)輻射的發(fā)射和接收指標(biāo)。如果手機(jī)輻射性能不好，將產(chǎn)生手機(jī)信號不好、語音通話質(zhì)量差、容易掉線等多方面的問題，這也是客戶投訴比較多的問題。在手機(jī)通話時，由

18、于人腦靠近手機(jī)天線，將降低手機(jī)的發(fā)射和接收性能，手機(jī)整機(jī)輻射的發(fā)射和接收性能都會降低。在手機(jī)研發(fā)過程中應(yīng)定量測量人腦對手機(jī)的發(fā)射和接收性能的影響，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使發(fā)射和接收性能降低不能太大，即減少人體和天線的電磁耦合效應(yīng)。為考察手機(jī)的輻射性能，除考察手機(jī)天線的無源性能之外，整機(jī)的有源性能也是一個重要的考察方面。當(dāng)前整機(jī)有源性能越來越受到終端廠商的重視，因此在手機(jī)輻射性能的考察中應(yīng)將兩種輻射性能綜合起來考慮。目前終端天線廠商在研發(fā)中一般都要求天線供應(yīng)商提供無源和有源測試報告。2. OTA 測試及手機(jī)其他的主要參數(shù)2.1 OTA 測試中的主要測試參數(shù)及相關(guān)計算在OTA 測試中，輻射性能參數(shù)主要分為

19、兩類：接收參數(shù)和發(fā)射參數(shù)。發(fā)射參數(shù)有TRP、NHPRP；接收參數(shù)有TIS、NHPIS。TRP(Total Radiated Power)：通過對整個輻射球面的發(fā)射功率進(jìn)行面積分并取平均得到。它反映手機(jī)整機(jī)的發(fā)射功率情況，跟手機(jī)在傳導(dǎo)情況下的發(fā)射功率和天線輻射性能有關(guān)。NHPRP(Near Horizon Partial Radiated Power)：反映在手機(jī)的H面附近天線的發(fā)射功率情況的參數(shù)。TIS(Total Isotropic Sensitivity)：反映在整個輻射球面手機(jī)接收靈敏度指標(biāo)的情況。它反映了手機(jī)整機(jī)的接收靈敏度情況，跟手機(jī)的傳導(dǎo)靈敏度和天線的輻射性能有關(guān)。NHPIS(Ne

20、ar Horizon Partial Isotropic Sensitivity)：反映手機(jī)在H面附近天線的接收靈敏度情況的參數(shù)。對于手持終端，OTA 測試中還將考察終端在有模擬人頭情況下的上述參數(shù)，比較在有無模擬人頭情況下相關(guān)參數(shù)的變化情況。2.2 其他有關(guān)的天線參數(shù)在考察天線性能的時候，還有其他需要了解的參數(shù)如：APIP、Gain、Directivity、EIRP、ERP。Gain(dBi)：在相同的輸入功率下，天線在空間某點的輻射功率與理想無方向性點源天線在同一點的功率的比值，該增益單位為dBi，手機(jī)天線廠家提供的天線測試報告中的增益一般以dBi 為單位。Gain(dBd)：在相同的輸入

21、功率下，天線在空間某點的輻射功率與理想半波偶極子天線最大輻射方向上功率的比值，該增益的單位為dBd。Directivity：在相同的輻射功率下，某天線在空間某點產(chǎn)生的功率與理想無方向點源天線在同一點產(chǎn)生的功率的比值。Efficiency：天線輻射功率和天線輸入功率的比值。APIP(Antenna Port Input Power)：加入到天線口的功率大小，是PA 輸出到天線口的功率大小。該功率大小主要跟手機(jī)的傳導(dǎo)發(fā)射功率大小有關(guān)。EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)：等效全向輻射功率是天線得到的功率與天線以dBi 表示的增益的乘積，反映天線在各個方向

22、上輻射的功率的大小。PEIRP(Peak Effective Isotropic Radiated Power)：峰值等效全向輻射功率。ERP(Effective Radiated Power)的概念與EIRP 相同，但ERP 是天線得到的功率與以dBd 表示的增益的乘積。3. OTA 測試中的TRP 和SAR 指標(biāo)的制約關(guān)系TRP 反映的是天線遠(yuǎn)場的輻射性能，而SAR 反映是天線的近場輻射性能。對于OTA 中的TRP 指標(biāo)，一般是希望其TRP 比較大，這樣從PA 出來進(jìn)入天線的功率才被有效輻射，無線接口的連接性才比較好。在SAR 測試中，則希望TRP 數(shù)值比較小，這樣被人腦吸收的功率才比較小

23、，保證能通過SAR 測試標(biāo)準(zhǔn)。因此，TRP 指標(biāo)與SAR 指標(biāo)是一對相互矛盾的指標(biāo)，在天線設(shè)計中如何保證兩個指標(biāo)都達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，滿足設(shè)計需要，在天線設(shè)計的之初就得考慮。以下是一些解決措施：(1)選用合適的天線形式，最為重要。比如內(nèi)置天線中的Monopole 具有效率高但SAR 也高的特點，因此在使用之前就應(yīng)該對此有所認(rèn)識，即Monopole 和人腦的耦合效應(yīng)較強(qiáng)。PIFA 天線綜合性能較好，由于其靠近人腦的一側(cè)被PCB 的地遮擋，其高頻頻段在人腦方向比最大輻射方向有5-6dB的衰減，因此PIFA 天線的SAR 值比較低，是內(nèi)置天線中比較理想的天線形式。(2)在天線的設(shè)計之初就考慮SAR 問題

24、，主要在結(jié)構(gòu)問題上進(jìn)行設(shè)計，結(jié)合手機(jī)的結(jié)構(gòu)選用合適形式的天線，保證天線性能的同時還滿足通過SAR 指標(biāo)，比如采取將天線放置于PCB 的底部等措施。對于外置式的螺旋天線一般應(yīng)注意天線與人腦之間的距離，保證滿足SAR 測試的需要。(3)在設(shè)計后期發(fā)現(xiàn)SAR 測試超標(biāo)，可通過調(diào)低天線性能的方式解決，如使用損耗稍大的材料等方法，這需要與天線廠家配合進(jìn)行。(4)更改天線走線方式，調(diào)整方向圖等措施。(5)在標(biāo)準(zhǔn)允許的情況下，降低PA 的輸出功率。以上方法是在滿足SAR 和TRP 測試需要的情況下，取得兩者的折中。4. 總結(jié)CTIA 的OTA 測試指標(biāo)直接反映了手機(jī)的輻射性能，因此越來越受到測試機(jī)構(gòu)和相關(guān)廠

25、商的重視。在手機(jī)天線指標(biāo)判定時，需要將無源和有源性能指標(biāo)綜合考慮，對整機(jī)天線性能進(jìn)行綜合評價。MORAB的OTA天線測試暗室符合CTIA的OTA測試標(biāo)準(zhǔn)，測試系統(tǒng)采用的SG24的近場折算遠(yuǎn)場測量方案，是目前最準(zhǔn)確的天線測試方法。有重復(fù)性高，準(zhǔn)確度高，解析度高等優(yōu)點。SG24 是全球少數(shù)能完全符合CTIA 要求的測試系統(tǒng)。能提供CTIA 所需要的TRP/TIS 測試。測試適用范圍:CTIA OTA (GSM900,DCS1800,Cellular 850,PCS1900)；3D 天線場型測量、增益、天線效率、方向圖、極化性能。注：SAR即英語“Specific Absorption Rate”的

26、縮寫，意為電磁波吸收比值或比吸收率。是手機(jī)或 無線產(chǎn)品之電磁波能量吸收比值，其定義為：在外電磁場的作用下，人體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電磁場。SAR值一般指手機(jī)產(chǎn)品中電磁波所產(chǎn)生的熱能，它是對人體產(chǎn)生影響的衡量數(shù)據(jù)，單位是W/Kg（瓦/公斤）。 GSM與CDMA分類GSM是Global System for Mobile Communications的縮寫，意為全球移動通信系統(tǒng)，是世界上主要的蜂窩系統(tǒng)之一。GSM是基于窄帶TDMA制式，允許在一個射頻同時進(jìn)行8組通話。GSM80年代興起于歐洲，1991年投入使用。到1997年底，已經(jīng)在100多個國家運營，成為歐洲和亞洲實際上的標(biāo)準(zhǔn)，到了2001年，在全世界

27、的162個國家已經(jīng)建設(shè)了400個GSM通信網(wǎng)絡(luò)。但GSM系統(tǒng)的容量是有限的，在網(wǎng)絡(luò)用戶過載時，就不得不構(gòu)建更多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。值得欣慰的是GSM在其他方面性能優(yōu)異，它除了提供標(biāo)準(zhǔn)化的列表和信令系統(tǒng)外，還開放了一些比較智能的業(yè)務(wù)如國際漫游等。GSM手機(jī)的方便之處在于它提供了一個智能卡，人們稱之為SIM卡，并且機(jī)卡可以分離，這樣用戶更換手機(jī)并且定制個人信息這方面都十分便利了。GSM手機(jī)還允許用戶接收160字長度的短信息。 CDMA是碼分多址的英文縮寫(Code Division Multiple Access)，它是在數(shù)字技術(shù)的分支-擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)。CDMA技術(shù)的

28、原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠(yuǎn)大于信號帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴(kuò)，以實現(xiàn)信息通信。 CDMA和GSM是2G通信的主流制式，從技術(shù)上來說，它們之間的區(qū)別就在于無線發(fā)送接收的制式不同，調(diào)制解調(diào)的方法不同。對于用戶來說，它們的不同在于： 1. 通話質(zhì)量。CDMA的通話質(zhì)量要高于GSM，在相同環(huán)境下打電話，CDMA的雜音要比GSM小很多。 2. 手機(jī)輻射。由于CDMA采用了出色的功率控制技術(shù)，因此CDMA手機(jī)的輻射

29、要比GSM小很多。 3. 高速數(shù)據(jù)上網(wǎng)。CDMA1x可以提供高達(dá)153.6kbps的上網(wǎng)速率，比GSM GPRS的20幾k要快多了。 資費的話實際差不多，移動的全球通和聯(lián)通的新時空差不多，移動的神州行和聯(lián)通的如意行差不多，移動的動感地帶和聯(lián)通的UP新勢力差不多。 再解釋以下CDMA內(nèi)部的分類和GSM的分類。 GSM比較簡單，先說GSM。所謂的GSM 900/1800/1900是指GSM手機(jī)的工作頻率，分別是中國移動支持的900MHz，1900MHz和美國常用的1900MHz。在國內(nèi)用支持900MHz和1800MHz的GSM 900/1800雙頻手機(jī)就可以了。如果要出國到美國用的，就要用支持19

30、00MHz的三頻手機(jī)了。 1.DMA800，這是CDMA的工作頻率。聯(lián)通的CDMA是工作在800MHz下的。 2.CDMA2000 是目前2G CDMA的升級，是一種3G的標(biāo)準(zhǔn)。與目前的2G CDMA相比，CDMA2000更是能夠提供幾兆bps以上的數(shù)據(jù)速度。 3.而CDMA 1x是現(xiàn)在聯(lián)通CDMA網(wǎng)絡(luò)所采取的技術(shù)。它指的是CDMA2000 1x，也就是CDMA2000 1x的縮寫。與真正的CDMA2000相比，CDMA 1x就像我剛才說的，只能支持到153.6kbps的數(shù)據(jù)速度，因此被稱為是2.5G的技術(shù)，還不是真正3G的技術(shù)。 暗室測試 TX標(biāo)準(zhǔn)：3032dB RX標(biāo)準(zhǔn)： -100-110

31、 Sensitivity標(biāo)準(zhǔn)：-100-110天線基本知識及應(yīng)用表征天線性能的主要參數(shù)有方向圖，增益，輸入阻抗，駐波比，極化方式等。1.1 天線的輸入阻抗 天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗。匹配的優(yōu)劣一般用四個參數(shù)來衡量即反射系數(shù)，行波系數(shù)，駐波比和回波損耗，四個參數(shù)之間有固定的數(shù)值關(guān)系，使用那一個純出于習(xí)慣。在我們?nèi)粘＞S護(hù)中，用的較多的是駐波比

32、和回波損耗。一般移動通信天線的輸入阻抗為50。 1.2 駐波比：在不匹配的情況下, 饋線上同時存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，電壓振幅相加為最大電壓振幅max ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅min ，形成波節(jié)。其它各點的振幅值則介于波腹與波節(jié)之間。這種合成波稱為行駐波。 反射波電壓和入射波電壓幅度之比叫作反射系數(shù)，記為 R        反射波幅度 （L0） R       入射波幅度 （L0 ） 波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù)，也叫電壓

33、駐波比，記為 VSWR        波腹電壓幅度      max （1 + R） VSWR         波節(jié)電壓輻度      min （1 - R） 終端負(fù)載阻抗L 和特性阻抗0 越接近，反射系數(shù) R 越小，駐波比VSWR 越接近于，匹配也就越好它是行波系數(shù)的倒數(shù)，其值在1到無窮大之間。駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無窮大表示全反射，完全失配。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求駐波比小于1.

34、5，但實際應(yīng)用中VSWR應(yīng)小于1.2。過大的駐波比會減小基站的覆蓋并造成系統(tǒng)內(nèi)干擾加大，影響基站的服務(wù)性能?；夭〒p耗：它是反射系數(shù)絕對值的倒數(shù)，以分貝值表示?；夭〒p耗的值在0dB的到無窮大之間，回波損耗越小表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配越好。0表示全反射，無窮大表示完全匹配。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求回波損耗大于14dB。 1.3 天線的極化方式 所謂天線的極化，就是指天線輻射時形成的電場強(qiáng)度方向。當(dāng)電場強(qiáng)度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當(dāng)電場強(qiáng)度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面時會在大地表面產(chǎn)生極化電流，極化電流因受

35、大地阻抗影響產(chǎn)生熱能而使電場信號迅速衰減，而垂直極化方式則不易產(chǎn)生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。因此，在移動通信系統(tǒng)中，一般均采用垂直極化的傳播方式。另外，隨著新技術(shù)的發(fā)展，最近又出現(xiàn)了一種雙極化天線。就其設(shè)計思路而言，一般分為垂直與水平極化和±45°極化兩種方式，性能上一般后者優(yōu)于前者，因此目前大部分采用的是±45°極化方式。雙極化天線組合了+45°和-45°兩副極化方向相互正交的天線，并同時工作在收發(fā)雙工模式下，大大節(jié)省了每個小區(qū)的天線數(shù)量；同時由于±45°為正交極化，有效保證了分集

36、接收的良好效果。（其極化分集增益約為5dB，比單極化天線提高約2dB。）1.4 天線的增益天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力，它是選擇基站天線最重要的參數(shù)之一。一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對移動通信系統(tǒng)的運行質(zhì)量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，或者在確定范圍內(nèi)增大增益余量。任何蜂窩系統(tǒng)都是一個雙向過程，增加天線的增益能同時減少雙向系統(tǒng)增益預(yù)算余量。另外，表征天線增益的參數(shù)有dBd和dBi。DBi是相對于點源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；dBd相對于對

37、稱陣子天線的增益dBi=dBd+2.15。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)。一般地，GSM定向基站的天線增益為18dBi，全向的為11dBi。1.5 天線的波瓣寬度波瓣寬度是定向天線常用的一個很重要的參數(shù)，它是指天線的輻射圖中低于峰值3dB處所成夾角的寬度（天線的輻射圖是度量天線各個方向收發(fā)信號能力的一個指標(biāo)，通常以圖形方式表示為功率強(qiáng)度與夾角的關(guān)系）。天線垂直的波瓣寬度一般與該天線所對應(yīng)方向上的覆蓋半徑有關(guān)。因此，在一定范圍內(nèi)通過對天線垂直度（俯仰角）的調(diào)節(jié)，可以達(dá)到改善小區(qū)覆蓋質(zhì)量的目的，這也是我們在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中經(jīng)常采用的一種手段。主要涉及兩個方面水平波瓣寬度和垂直平面波瓣寬度。水

38、平平面的半功率角（HPlane Half Power beamwidth）:(45°,60°,90°等)定義了天線水平平面的波束寬度。角度越大,在扇區(qū)交界處的覆蓋越好，但當(dāng)提高天線傾角時，也越容易發(fā)生波束畸變,形成越區(qū)覆蓋。角度越小，在扇區(qū)交界處覆蓋越差。提高天線傾角可以在移動程度上改善扇區(qū)交界處的覆蓋，而且相對而言，不容易產(chǎn)生對其他小區(qū)的越區(qū)覆蓋。在市中心基站由于站距小，天線傾角大，應(yīng)當(dāng)采用水平平面的半功率角小的天線，郊區(qū)選用水平平面的半功率角大的天線；垂直平面的半功率角（VPlane Half Power beamwidth）:（48°, 33

39、76;,15°,8°）定義了天線垂直平面的波束寬度。垂直平面的半功率角越小，偏離主波束方向時信號衰減越快，在越容易通過調(diào)整天線傾角準(zhǔn)確控制覆蓋范圍。1.6前后比(Front-Back Ratio) 表明了天線對后瓣抑制的好壞。選用前后比低的天線，天線的后瓣有可能產(chǎn)生越區(qū)覆蓋，導(dǎo)致切換關(guān)系混亂，產(chǎn)生掉話。一般在2530dB之間，應(yīng)優(yōu)先選用前后比為30的天線。反射損耗 前面已指出，當(dāng)饋線和天線匹配時，饋線上沒有反射波，只有入射波，即饋線上傳輸?shù)闹皇窍蛱炀€方向行進(jìn)的波。這時，饋線上各處的電壓幅度與電流幅度都相等，饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。 而當(dāng)天線和饋線不匹配時，也

40、就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時，負(fù)載就只能吸收饋線上傳輸?shù)牟糠指哳l能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量將反射回去形成反射波。 例如，在右圖中，由于天線與饋線的阻抗不同，一個為75 ohms，一個為50 ohms ，阻抗不匹配，其結(jié)果是 天線的工作頻率范圍（頻帶寬度）無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍（頻帶寬度）內(nèi)工作的，天線的頻帶寬度有兩種不同的定義一種是指：在駐波比SWR1.5 條件下，天線的工作頻帶寬度；一種是指：天線增益下降 3 分貝范圍內(nèi)的頻帶寬度。在移動通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具體的說，天線的頻帶寬度就是天線的駐波比SWR 不超過 1.5 時，天線

41、的工作頻率范圍。一般說來，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個頻率點上, 天線性能是有差異的，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。 天線的極化討論天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。 一般使用的天線為單極化的 。 下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化 - 是最常用的；水平極化 - 也是要被用到的。雙極化天線下圖示出了另兩種單極化的情況： +45° 極化 與 -45° 極化，它們僅僅在特殊場合下使用。這樣，共有四種單極化了，見下圖。把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，或者，把 +45° 極化和 -45°

42、; 極化兩種極化的天線組合在一起，就構(gòu)成了一種新的天線 - 雙極化天線。極化損失垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線 來接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收，而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不 一致時，接收到的信號都會變小，也就是說,發(fā)生極化損失。例如:當(dāng)用 + 45°極化天線接收垂直極化或水平極化波時，或者，當(dāng)用垂直極化天線接收 +45°極化或 -45°極化波時，等等情況下，都要產(chǎn)生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓

43、極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極化損失 - 只能接收到來波的一半能量。 當(dāng)接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，例如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來波時，天線就完全接收不到來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離 。極化隔離理想的極化完全隔離是沒有的。饋送到一種極化的天線中去的信號多少總會有那么一點點在另外一種極化的天線中出現(xiàn)。例如下圖所示的雙極化天線中，設(shè)輸入垂直極化天線的功率為 10W ，結(jié)果在水平極化天線的輸出端測得的輸出功率為 10mW 。GSM移動電話的射頻指標(biāo)(一)RF測試電性指標(biāo)電性參考指標(biāo)(依不同機(jī)種與匹配電

44、路會有差異）1. V.S.W.R.: GSM 880 960 MHz: <=4.0 1710 1880 MHz: <=4.0 PHS 1880 1930 MHz: <=3.02. Gain(最大增益) GSM 880 960 MHz: <=0 dBi 1710 1880 MHz: <=0 dBi PHS 1880 1930 MHz: <=1.5 dBi3. 輻射效率 GSM 880 960 MHz: 30 35 % 1710 1880 MHz: 10 20 % PHS 1880 1930 MHz: 10 20 %PIFA(Plane  Figure

45、 Antenna)單極天線設(shè)計注意事項 單極天線的設(shè)計要求與PIFA天線大多。相同，相同項不再贅述1. 天線的寬度應(yīng)該不小于15mm。2. 單極必須懸空，平面結(jié)構(gòu)下不能有PCB的Ground，一般內(nèi)置 天線必須離主板3mm（水平方向），在天線正下方到地的高 度必須保持在5mm（垂直方向）以上。如下圖3. 由于MONOPOLE天線沒有參考的地，SAR一般比PIFA天線大， 實際應(yīng)用中受到限制，且這是測試的難點，但是效率一般比 PIFA高。離電池要5mm以上。內(nèi)置天線一般認(rèn)為，PIFA 天線體積大、性能好；滑蓋機(jī)必須使用此種天線進(jìn)行設(shè)計。具體要求如下：1. PIFA 的高度應(yīng)該不小于6.5mm；2

46、. LCM 的connector 應(yīng)該布局在主板的鍵盤面；3. 天線的寬度應(yīng)該不小于20mm；4. 從射頻測試口到天線饋點的引線的阻抗保持在50 歐姆；5. PIFA 天線的附近的器件應(yīng)該盡量做好屏蔽；6. 饋點的焊盤應(yīng)該不小于2mm*3mm;7. 饋點焊盤（pad）應(yīng)該居頂靠邊；8. 如果測試座布局有困難，也可以放在天線區(qū)域；9. 天線區(qū)域可適當(dāng)開些定位孔。10. 內(nèi)置天線周圍七毫米內(nèi)不能有馬達(dá)，SPEAKER，RECEIVER 等較大金屬物體MONOPOLAR 天線體積稍小、性能較差，一般不建議采用。具體要求如下：1. 內(nèi)置天線周圍七毫米內(nèi)不能有馬達(dá)，SPEAKER，RECEIVER 等較

47、大金屬物體。2. 天線的寬度應(yīng)該不小于15m；3. 內(nèi)置天線附近的結(jié)構(gòu)件（面）不要噴涂導(dǎo)電漆等導(dǎo)電物質(zhì)。4. 手機(jī)天線區(qū)域附近不要做電鍍工藝以及避免設(shè)計金屬裝飾件等。5. 內(nèi)置天線正上、下方不能有與FPC 重合部分，且相互邊緣距離七毫米以上。6. 內(nèi)置天線與手機(jī)電池的間距應(yīng)在5mm 以上。外置天線外置式天線可采用傳統(tǒng)的螺旋線，軟、硬PCB 等結(jié)構(gòu)，外表采用塑料壓鑄成型技術(shù)進(jìn)行封裝，外表可噴漆。 外置天線長度要求不小于16mm ；在翻蓋打開的狀態(tài)下，天線與上翻蓋最小距離要求大于4mm，傾角大于15 度。天線周圍不能有金屬和 FPC 等對天線性能影響較大的物體。 內(nèi)、外置天線彈片與手機(jī)主板的觸點接

48、觸要求與觸點中心位置對齊，并接觸緊湊而且要求彈性較好，能重復(fù)裝機(jī)使用。 增加帶寬的方法1.從原理出發(fā)，要求小Q值，那就是天線的空間要夠，環(huán)境要好，該有的高度要有；  2.從形式考慮，最有效地方法就是多諧振而多諧振也有一定形式來做，一種為寄生，一種是類似FICA這樣的充分利用磁場耦合的方案，前者用得較為多一些，而上述兩種方案一般用來增加高頻部分的帶寬；  3.加匹配，通過匹配把阻抗圈拉向smith圖中心，但有時候不能保證性能，畢竟可能諧振并不夠，但如果pa功率還可以的話，憑空拉出一個諧振也可能會有好的效果。1、PIFA的話要加帶寬最理想的就是增加天線高度；

49、2、能利用的最大空間中把天線振子盡可能的做粗點，這樣對天線帶寬應(yīng)該有所改善；3、你改動匹配電路對天線的帶寬及駐波應(yīng)該也能有所改善；4、修改天線的形式，改變電流的方向。 我常用的方法有：1.減小電感值（Q） 2.用寄生耦合 3.諧振長度L，在諧振子兩邊加兩個振子，長度分別為L+a,L-a，使之在L諧振頻點兩邊各產(chǎn)生一個諧振，從而達(dá)到加大頻寬的作用4、走環(huán)狀，占用最大面積。FICA天線就是最好的啟發(fā)。5、走線局部靠近SPK之類的器件。6、兩腳間適當(dāng)開槽。7、調(diào)匹配。8、高頻用耦合。9、用調(diào)整低頻走線來增加高頻帶寬。10、調(diào)整高頻與低頻走線的分支點。11、因諧振點偏很多再調(diào)過來而導(dǎo)致很窄帶寬的情況，

50、饋點或饋地附近開槽，不一定是兩腳間開槽。 1)翻蓋機(jī)做耦合器. 2)可走雙高線. 3)入金屬器件在下方，采用全包式，中間鏤空實現(xiàn)帶寬擴(kuò)展. 4)環(huán)境復(fù)雜機(jī)器通過處理接地，使帶寬增加。 5)挖空PIFA天線下方的地.頻的匹配的確是一個折衷的過程。你加一個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。 1、電壓駐波比 要求VSWR<2 2、最大承受功率 2W3、互調(diào)測試不做要求4、方向圖（要求是至少是高，中，低三個頻點的方向圖，希望是三維，假如不是三維，要求給出E面和H面

51、的方向圖，假如是折疊機(jī)，需要測試翻蓋和折疊兩種狀態(tài)的情況）5、不圓度，不圓度不做要求，但是需要了解這個指標(biāo)。將來作為天線性能的一個對比指標(biāo)6、天線的平均效率和平均增益（在微波暗室測試，假如是折疊機(jī)，需要測試翻蓋和折疊兩種狀態(tài)的情況）平均效率>50%平均增益>-3dBi7天線的極化方向垂直極化一般手機(jī)天線的電性能要求如下： 手機(jī)天線頻段（1） W-CDMA（FDD）：（UEBS，ARFCN）聯(lián)通3G（2） IMT2000：1920198021102170（3G頻段），1056210838（信道)PCS1900：18501910/19301990，9662993841243746248

52、7512537562587612637662687DCS1800：17101785/18051880，90379388（2）TD-SCDMA移動3GChina：17851805，18801900，19001920，20102025，230024003GPP：19001920，20102015（3）HSDPA：（UEBS）IMT2000：1920198021102170（832870MHz）PCS1900：1850191019301990DCS1800：1710178518051880（4）IS95AB：（MSBS）USKorea：824849869894Japan：887925832870US

53、：1850191019301990Korea：1750178018401870（5）CDMA2000（1xRTT，1xEV-DO，1xEV-DV）：（MSBS）電信3GIS95并增加NMT450：411483421493GSM/GPRS/EDGE（UL/DL，ARFCN）：GSM450：450.4457.6MHz460.4467.6MHz，259293GSM480：478.8486MHz488.8496MHz，306340GSM750：777792MHz747762MHz，438511GSM850：824849MHz869894MHz，128251E-GSM：880915MHz925960MHz，97510230124P-GSM：890915MHz935960MHz，1124R-GSM：876915MHz921960MHz，95510230124DCS：17101785MHz18051880