【無線射頻天線】-手機天線的現(xiàn)狀與未來

----宋停云與您分享--------宋停云與您分享----手機天線的現(xiàn)狀與未來在中國，手機產(chǎn)業(yè)從無到有，手機設(shè)計從發(fā)買購成熟方案到自主設(shè)計方案，在短短的3-4年的時間，中國手機行業(yè)已經(jīng)進展到鼎前的興盛，伴隨著眾多手機生產(chǎn)制造商的興起，手機產(chǎn)業(yè)相關(guān)配套廠家在手機制造在產(chǎn)業(yè)集中地區(qū)聚集，近年進展比較快的手機天線供應(yīng)廠家以蜂窩式的進展擴沿，一方面極大的縮短了手機天線的設(shè)計生產(chǎn)周期，便利快速的為各手機設(shè)計生產(chǎn)企業(yè)快速的實行試做與量產(chǎn)，另一方面加速了手機天線行業(yè)的不良競爭，淡化了手機天線的設(shè)計技術(shù)含量，大大降低了產(chǎn)品的品質(zhì)與天線的將來進展。

在移動手機里，天線直接影響了手機的可通訊力量，直接打算了手機的射接收性能，甚至天線設(shè)計的好壞打算了該手機在市場的生存空間。在國外，品牌手機設(shè)計生產(chǎn)廠家普遍比較重視天線的前期研發(fā)與設(shè)計，他們多與參股與控股的形式培育一天線設(shè)計與生產(chǎn)討論所或?qū)I(yè)電小天線設(shè)計公司，NOKIA在國內(nèi)掌握了飛創(chuàng)，MOTOROLA在國內(nèi)參股了加利，在這種環(huán)境下，專業(yè)的天線設(shè)計公司為大品牌的手機供應(yīng)了足夠的天線設(shè)計保障。所以象NOKIA、MOTOROLA、SUNSUNG等知名品牌總能在特定的環(huán)境下設(shè)計出性能優(yōu)良的天線，把手機ID與一流功能完整的結(jié)合。在國產(chǎn)手機中，目前只有為數(shù)不多的大公司比較重視天線的設(shè)計與制造，多數(shù)中小企業(yè)只是把天線視為一般的硬件，在空間上壓縮再壓縮，在性能上低劣又低劣，最終的結(jié)果是手機的客戶或終端消費者無法接受手機的"可通話'性能，導(dǎo)致項目的流產(chǎn)或重新設(shè)計，造成資源及人力的鋪張及商機的流失，大大的降低了企業(yè)的綜合競爭力。

專業(yè)的分析，天線性能的好壞大致由以下幾個因素來影響：

空間

行業(yè)內(nèi)有一絮語"多大的空間打算多少的性能'，足夠的可實行空間對天線來說是必需的。關(guān)于天線的可設(shè)計空間，建議客戶在方案設(shè)計前期多與天線設(shè)計工程師做深化的溝通，了解天線的布置與潛在的問題點，以期位置的預(yù)留。天線工程師在設(shè)計過程中已經(jīng)有相當?shù)脑O(shè)計閱歷，哪些布局對天線的設(shè)計是有利，哪些空間的對天線的性能有更大的提高，對新的方案定義是必需的。同時多參考幾家天線設(shè)計公司的建議，更有利于天線空間的合理性安排，來更完整的安排天線的空間。

關(guān)于天線的可利用空間，常常會遇到天線設(shè)計公司與手機整機商為了提高天線的性能爭取天線的空間布局，只有絕少部分的設(shè)計公司會滿意天線空間的基本要求，而絕大部分的設(shè)計公司會以手機完全、功能的名義盡可能的壓縮天線的空間，后果是單款案件會頻繁的更換天線設(shè)計公司，結(jié)果還是天線的性能達不到肯定的要求、案目流產(chǎn)，怪恨天線設(shè)計公司的力量太差，等等。我們都知道現(xiàn)在的手機天線都是偶極子天線進展演化而來的，天線不行能在無窮小的空間實現(xiàn)功能，天線肯定需要一個相對開放寬敞的空間，可以這么的說，還沒有一個人可以完成"手機天線零空間'這個課題。

EMI

EMI（ElectroMagneticInterference）在電子行業(yè)是一個普遍的問題，許多的問題點都是由于相關(guān)的處理沒有很好的執(zhí)行，或者深化的考慮。在手機天線由外置天線過度到內(nèi)置天線的初期，許多的手機設(shè)計公司普遍遇到了手機的動態(tài)接收靈敏度的問題，可能設(shè)計的原理圖與以前外置天線之PCB的原理圖是全都的，但是內(nèi)置天線遇到了與靈敏度的問題，由于什么？當時一般的公司都認為是天線的問題，很少有人懷疑是自己設(shè)計的方案的問題。問題點是電路或其它的元器件對天線輻射的相互干擾，該干擾在手機動態(tài)接收過程中會影響手機的接受質(zhì)量。在誤碼率的參考下，導(dǎo)致動態(tài)靈敏度偏低。EMI的問題一般不會影響天線的輻射功率，同理不會影響天線的輻射效率，但是對天線的接收性能存在很大的隱患，因此做好電路的EMI處理對天線的綜合性能是必需的?？梢酝ㄟ^合理的接地處理以及電路兼容處理等等。

至于近期將廣泛推出的3G手機則需要較佳的天線，規(guī)格也講究，效率要求也高，尤其要求對人體影響必需削減。過去GSM手機采TDMA技術(shù)，隨時間調(diào)變，只有8分之1有訊號；然而進入3G時代采CDMA技術(shù)，為連續(xù)調(diào)變，對人體的影響就比較大；因此手機天線就有較嚴格的要求。規(guī)格較高，抗干擾力量很重要，雜訊抑制力量夠不夠都是關(guān)鍵，若是雜訊過濾不掉，抗干擾耐受性是否足夠就是重點。手機廠商的閱歷很重要，若是閱歷不足，零件擺放位置設(shè)計不夠抱負，就會產(chǎn)生許多問題，例如受話器與天線之間的干擾問題，就與Layout如何設(shè)計關(guān)系很大。天線與有線圈的元件都簡單產(chǎn)生干擾，除了受話器以外，震驚功能所用到元件上面的小馬達，也有線圈，也要避開干擾問題。

時間

時間對天線的設(shè)計是必需的，就算是前期有過具體的評估，在得到實物后肯定是需要肯定的時間來調(diào)試與測量天線的輻射接收性能。

天線的調(diào)試大致分以下幾個環(huán)節(jié)：

1、天線設(shè)計方案的定奪：任何機型，在設(shè)計初期肯定會有一個在該特種結(jié)構(gòu)下的最優(yōu)方案，把最合理的設(shè)計方案做為第一設(shè)計思索，往往會起到意想不到的效果。由于天線設(shè)計工程師可以充分利用他的勝利設(shè)計過的閱歷來設(shè)計新的案件，往往該方案會形成一種有用的設(shè)計習(xí)慣。當然我們在設(shè)計的初期，會供應(yīng)多套方案工設(shè)計調(diào)試。

2、天線之無源性能之調(diào)試：無源性能定義為基本的天線結(jié)構(gòu)及饋電的考量，基本的參數(shù)指標有天線的固有阻抗，返回損失，放射系數(shù)，電壓駐波比，天線的增益與方向性系數(shù)等等，調(diào)試周期約需要2-3個工作日。該環(huán)節(jié)主要是針對特定的空間環(huán)境下，通過不同的天線的設(shè)計構(gòu)造，來使天線的綜合輻射性能達到最優(yōu)。其中主要考量的是天線的方向性系數(shù)與平均增益（由于手機天線是負責射頻終端的信號放射與接收，手機天線不能有太高的方向性，負責不利于手機在多路徑效應(yīng)下的信號保真度）。同時通過肯定的試驗做好多種設(shè)計方案下的調(diào)整趨勢，以便后期的動態(tài)有源性能的優(yōu)化，以便縮短天線的研發(fā)周期。

3、天線之有源性能之測試與優(yōu)化：有源性能指的是天線負載在手機射頻終端，手機放射接受電路給天線渡口足夠的能量的前提下，手機總體的輻射與接收性能，還包括手機的頻率誤差、相位誤差以及諧振平衡等指標。該測試環(huán)節(jié)是在天線本身有肯定的增益及輻射效率的前提下，對天線與接收電路匹配的一個重要的環(huán)節(jié)。細言之，天線的諧振正常，增益可以滿意基本的要求，不肯定負載電路后會有很好的接收效果。手機天線的設(shè)計還是基于基本的微帶天線的設(shè)計原理，微帶天線的諧振帶寬在0.8GHz2GHz頻段是不行能設(shè)計到10%的，一般的設(shè)計形式只有7%左右，也就是說在肯定的帶寬范圍內(nèi)，肯定會存在一個阻抗調(diào)整的問題。阻抗一般的基本方法有：修改天線端口的匹配網(wǎng)絡(luò);修改天線的饋點方式，修改天線的諧振路徑的長度及寬度等等。良好的輻射接收性能需要足夠細致的阻抗細致的調(diào)整工作。一般我司基本是通過高精度的匹配仿真軟件與實際參數(shù)調(diào)整結(jié)合來完成這一重要的環(huán)節(jié)。通過標準試驗室的綜合性能測試我們基本可以認定該天線在實際使用環(huán)境下的通話質(zhì)量。

4、天線工程樣品的制作與性能確認:該環(huán)節(jié)是把前期的試驗結(jié)果以實物的形式反饋給客戶，工程樣品的制作務(wù)必要有高精度的制作工具及工藝。

5、客戶驗證天線后,參考客戶的驗證結(jié)論，對天線的性能稍做一些調(diào)整。以期進一步的完善。天線設(shè)計是一個注意細節(jié)處理的工作，需要在肯定的基礎(chǔ)上做性能的最終調(diào)整。完整的設(shè)計一款手機天線的周期大慨是在5天左右。而手機設(shè)計公司正式開頭導(dǎo)入天線的設(shè)計時間是在第一次試生產(chǎn)后，因此天線往往會由于急于量產(chǎn)而加快天線的設(shè)計進程。沒有足夠的試驗時間，對天線的設(shè)計是不利的。微波天線的設(shè)計需要相關(guān)的軟硬件配套。

1．高精度的測試儀器(網(wǎng)絡(luò)分析儀，綜合測試儀，頻譜分析儀);

2．模擬自由空間測試環(huán)境(深圳最大的標準暗室，空間大小8X4X4，雙軸雙極化三維測試）;

3．先進的天線仿真軟件（AnsoftHFSS10.0,ZelandIE3D,agilentADS,microwaveoffice2023）

天線的可批量種類

天線設(shè)計調(diào)試完成后，將轉(zhuǎn)化到天線的可批量設(shè)計。目前天線行業(yè)應(yīng)用最多的天線結(jié)構(gòu)還是天線支架與天線金屬輻射體的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)最早由NOKIA廣泛應(yīng)用，該種結(jié)構(gòu)形式制作精度稍低，但有良好的可制作性，裝配簡潔，工藝成熟等優(yōu)點。下面是基本的天線設(shè)計結(jié)構(gòu)的一個描述；

天線批量的不同的實現(xiàn)形式，對天線的性能并沒有太大的影響，主要的不足是在快速量產(chǎn)的周期內(nèi)，難度大的工藝制造工藝無法滿意需求的時間。

天線設(shè)計前沿：

1、低姿勢，低剖面的天線的廣泛應(yīng)用。

該種天線的設(shè)計形式是在一般的PIFA天線的基礎(chǔ)上改進而成，在更底的剖面完成的設(shè)計，該種設(shè)計思路借鑒PIFA與MONOPOLE的優(yōu)缺點，廣泛應(yīng)用與超薄機型以及空間比較緊的機型。該類型的天線已經(jīng)被SUMSUNG等大公司采納，并有良好的輻射接受效果。高輻射效率,抗干擾力量強的手機天線將會是近期設(shè)計的重點,在肯定的環(huán)境中,如何提高天線的抗干擾力量呢?

2、將來手機將進展成為有更多的NOTEBOOK的特性

在很小的空間內(nèi)多支天線的共存,同時UWB超寬帶天線將會有更大的空間。一般形式的UWB天線可以實現(xiàn)在0.4GHz-3.5GHz的工作范圍,但是該天線有一缺點是設(shè)計結(jié)構(gòu)相當?shù)暮唵?可實現(xiàn)性不強,需要外圍制造公司有更高的技術(shù)力量,信任在將來1-2年內(nèi)可以廣泛應(yīng)用在移動終端中.當然UWB天線的實行市場化還需要良好的阻抗分支及匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計.手機在近期將會把GPS、DVB-DigitalVideoBroadcasting、WIMAX、WIFI等新技術(shù)鈉入其中，增加手機的賣點。這些功能將對天線的性能有更高的要求。GPS天線要求有肯定的圓極化，DVB數(shù)字電視天線將要求有更高的工作頻寬及接收性能。而且這些天線存在肯定的相互干擾因素，在后期實現(xiàn)過程中會消失一些問題。

3、主動天線能夠自動切換頻段

目前手機天線基本上是用被動天線形式設(shè)計，微帶天線有它的不足，現(xiàn)階段愈是高階的手機，支持的頻段愈多，4頻或5頻手機就很風(fēng)行；然而使用上，其實不管在哪里，都只有使用到單頻而已，其它3頻就是鋪張，尤其對于手機愈