名家講解:怎麼改善手機天線的輻射性能?
發布時間:2015-07-09 責任編輯:echolady
【導讀】手(shou)機(ji)天(tian)線(xian)看(kan)似(si)毫(hao)無(wu)關(guan)聯(lian),事(shi)實(shi)上(shang)手(shou)機(ji)天(tian)線(xian)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)著(zhe)手(shou)機(ji)的(de)通(tong)訊(xun)能(neng)力(li),決(jue)定(ding)著(zhe)手(shou)機(ji)的(de)發(fa)射(she)接(jie)收(shou)性(xing)能(neng),所(suo)以(yi)說(shuo),手(shou)機(ji)天(tian)線(xian)的(de)好(hao)壞(huai)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)手(shou)機(ji)在(zai)市(shi)場(chang)上(shang)所(suo)占(zhan)的(de)生(sheng)存(cun)空(kong)間(jian)。本(ben)文(wen)講(jiang)解(jie)了(le)名(ming)師(shi)是(shi)如(ru)何(he)改(gai)善(shan)手(shou)機(ji)天(tian)線(xian)的(de)輻(fu)射(she)性(xing)能(neng)的(de),闡(chan)述(shu)了(le)影(ying)響(xiang)手(shou)機(ji)天(tian)線(xian)的(de)幾(ji)個(ge)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)。
zaiyidongshoujili,tianxianzhijieyingxiangleshoujideketongxunnengli,zhijiejuedingleshoujideshejieshouxingneng,shenzhitianxianshejidehaohuaijuedinglegaishoujizaishichangdeshengcunkongjian。zaiguowai,pinpaishouji shejishengchanchangjiapubianbijiaozhongshitianxiandeqianqiyanfayusheji,tamenduoyucanguyukonggudexingshipeiyangyitianxianshejiyushengchanyanjiusuohuozhuanyedianxiaotianxianshejigongsi,NOKIA在國內控製了飛 創,MOTOROLA 在國內參股了加利,在這種環境下,專業的天線設計公司為大品牌的手機提供了足夠的天線設計保障。所以象NOKIA、MOTOROLA、SUNSUNG等知 名品牌總能在特定的環境下設計出性能優良的天線,把手機ID與一流功能完整的結合。
在國產手機中,目前隻有為數不多的大公司比較重視天線的設計與製造,多 shuzhongxiaoqiyezhishibatianxianshiweiputongdeyingjian,zaikongjianshangyasuozaiyasuo,zaixingnengshangdilieyoudilie,zuizhongdejieguoshishoujidekehuhuozhongduanxiaofeizhewufajieshoushoujide“可通話”性能,導致 項目的流產或重新設計,造成資源及人力的浪費及商機的流失,大大的降低了企業的綜合競爭力。
專業的分析,天線性能的好壞大致由以下幾個因素來影響:
空間
行業內有一絮語“多大的空間決定多少的性能”,足夠的可實行空間對天線來說是必須的。關於天線的可設計空間,建議客戶在方案設計前期多與天線設計工 程(cheng)師(shi)做(zuo)深(shen)入(ru)的(de)溝(gou)通(tong),了(le)解(jie)天(tian)線(xian)的(de)布(bu)置(zhi)與(yu)潛(qian)在(zai)的(de)問(wen)題(ti)點(dian),以(yi)期(qi)位(wei)置(zhi)的(de)預(yu)留(liu)。天(tian)線(xian)工(gong)程(cheng)師(shi)在(zai)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)已(yi)經(jing)有(you)相(xiang)當(dang)的(de)設(she)計(ji)經(jing)驗(yan),哪(na)些(xie)布(bu)局(ju)對(dui)天(tian)線(xian)的(de)設(she)計(ji)是(shi)有(you)利(li),哪(na)些(xie)空(kong)間(jian) 的de對dui天tian線xian的de性xing能neng有you更geng大da的de提ti高gao,對dui新xin的de方fang案an定ding義yi是shi必bi須xu的de。同tong時shi多duo參can考kao幾ji家jia天tian線xian設she計ji公gong司si的de建jian議yi,更geng有you利li於yu天tian線xian空kong間jian的de合he理li性xing分fen配pei,來lai更geng完wan整zheng的de分fen配pei天tian線xian的de空kong間jian。
guanyutianxiandekeliyongkongjian,jingchanghuiyudaotianxianshejigongsiyushoujizhengjishangweiletigaotianxiandexingnengzhengqutianxiandekongjianbuju,zhiyoujueshaobufendeshejigongsihuimanzutianxiankongjiandejibenyao 求,而絕大部分的設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,後果是單款案件會頻繁的更換天線設計公司,結果還是天線的性能達不到一定的要 求、案目流產,怪恨天線設計公司的能力太差,等等。
我們都知道現在的手機天線都是偶極子天線發展演變而來的,天線不可能在無窮小的空間實現功能,天線一定 需要一個相對開放寬闊的空間,可以這麼的說,還沒有一個人可以完成“手機天線零空間”這個課題。
EMI
EMI(Electro Magnetic Interference) 在zai電dian子zi行xing業ye是shi一yi個ge普pu遍bian的de問wen題ti,很hen多duo的de問wen題ti點dian都dou是shi因yin為wei相xiang關guan的de處chu理li沒mei有you很hen好hao的de執zhi行xing,或huo者zhe深shen入ru的de考kao慮lv。在zai手shou機ji天tian線xian由you外wai置zhi天tian線xian過guo度du到dao內nei置zhi天tian線xian的de初chu期qi,很hen多duo的de手shou機ji設she 計公司普遍遇到了手機的動態接收靈敏度的問題,可能設計的原理圖與以前外置天線之PCB的原理圖是一致的,但是內置天線遇到了與靈敏度的問題,因為什麼? 當(dang)時(shi)一(yi)般(ban)的(de)公(gong)司(si)都(dou)認(ren)為(wei)是(shi)天(tian)線(xian)的(de)問(wen)題(ti),很(hen)少(shao)有(you)人(ren)懷(huai)疑(yi)是(shi)自(zi)己(ji)設(she)計(ji)的(de)方(fang)案(an)的(de)問(wen)題(ti)。問(wen)題(ti)點(dian)是(shi)電(dian)路(lu)或(huo)其(qi)它(ta)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)對(dui)天(tian)線(xian)輻(fu)射(she)的(de)相(xiang)互(hu)幹(gan)擾(rao),該(gai)幹(gan)擾(rao)在(zai)手(shou)機(ji)動(dong)態(tai)接(jie)收(shou)過(guo)程(cheng)中(zhong) 會影響手機的接受質量。
在誤碼率的參考下,導致動態靈敏度偏低。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須的。可以通過合理的接地處理以及電路兼容處理等等。
至於近期將廣泛推出的3G手機則需要較佳的天線,規格也講究,效率要求也高,尤其要求對人體影響必須減少。過去GSM手機采TDMA技術,隨時間調 變,隻有8分之1有訊號;然而進入3G時代采CDMA技術,為連續調變,對人體的影響就比較大;因此手機天線就有較嚴格的要求。規格較高,抗幹擾能力很重 要,雜訊抑製能力夠不夠都是關鍵,若是雜訊過濾不掉,抗幹擾耐受性是否足夠就是重點。
手機廠商的經驗很重要,若是經驗不足,零件擺放位置設計不夠理想,就 會產生很多問題,例如受話器與天線之間的幹擾問題,就與Layout如何設計關係很大。天線與有線圈的元件都容易產生幹擾,除了受話器以外,震動功能所用 到元件上麵的小馬達,也有線圈,也要避免幹擾問題。
時間
時間對天線的設計是必須的,就算是前期有過詳細的評估,在得到實物後一定是需要一定的時間來調試與測量天線的輻射接收性能。
天線的調試大致分以下幾個環節:
1、天線設計方案的定奪:任何機型,在設計初期一定會有一個在該特種結構下的最優方案,把最合理的設計方案做為第一設計思考,往往會起到意想不到的 效xiao果guo。因yin為wei天tian線xian設she計ji工gong程cheng師shi可ke以yi充chong分fen利li用yong他ta的de成cheng功gong設she計ji過guo的de經jing驗yan來lai設she計ji新xin的de案an件jian,往wang往wang該gai方fang案an會hui形xing成cheng一yi種zhong實shi用yong的de設she計ji習xi慣guan。當dang然ran我wo們men在zai設she計ji的de初chu期qi,會hui提ti供gong多duo套tao方fang案an 工設計調試。
2、天線之無源性能之調試:無源性能定義為基本的天線結構及饋電的考量,基本的參數指標有天線的固有阻抗,返回損失,發射係數,電壓駐波比,天線的 增益與方向性係數等等,調試周期約需要2-3個工作日。該環節主要是針對特定的空間環境下,通過不同的天線的設計構造,來使天線的綜合輻射性能達到最優。 其中主要考量的是天線的方向性係數與平均增益(因為手機天線是負責射頻終端的信號發射與接收,手機天線不能有太高的方向性,負責不利於手機在多路徑效應下 的信號保真度)。同時通過一定的實驗做好多種設計方案下的調節趨勢,以便後期的動態有源性能的優化,以便縮短天線的研發周期。
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3、天線之有源性能之測試與優化:有源性能指的是天線負載在手機射頻終端,手機發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(xiang)位(wei)誤(wu)差(cha)以(yi)及(ji)諧(xie)振(zhen)平(ping)衡(heng)等(deng)指(zhi)標(biao)。該(gai)測(ce)試(shi)環(huan)節(jie)是(shi)在(zai)天(tian)線(xian)本(ben)身(shen)有(you)一(yi)定(ding)的(de)增(zeng)益(yi)及(ji)輻(fu)射(she)效(xiao)率(lv)的(de)前(qian)提(ti)下(xia),對(dui)天(tian)線(xian)與(yu)接(jie)收(shou)電(dian)路(lu)匹(pi)配(pei)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)的(de)環(huan)節(jie)。細(xi)言(yan)之(zhi),天(tian)線(xian)的(de)諧(xie)振(zhen)正(zheng)常(chang),增(zeng)益(yi)可(ke)以(yi)滿(man)足(zu)基(ji)本(ben)的(de)要(yao)求(qiu),不(bu)一(yi)定(ding)負(fu)載(zai)電(dian)路(lu)後(hou)會(hui)有(you)很(hen)好(hao)的(de)接(jie)收(shou)效(xiao)果(guo)。
手機天線的設計還是基於基本的微帶天線的設計原理,微帶天線 的諧振帶寬在0.8GHz—2GHz頻段是不可能設計到10%的,一般的設計形式隻有7%左右,也就是說在一定的帶寬範圍內,一定會存在一個阻抗調整的問 題。
阻抗一般的基本方法有:修改天線端口的匹配網絡;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(zhi)的(de)調(tiao)整(zheng)工(gong)作(zuo)。一(yi)般(ban)我(wo)司(si)基(ji)本(ben)是(shi)通(tong)過(guo)高(gao)精(jing)度(du)的(de)匹(pi)配(pei)仿(fang)真(zhen)軟(ruan)件(jian)與(yu)實(shi)際(ji)參(can)數(shu)調(tiao)整(zheng)結(jie)合(he)來(lai)完(wan)成(cheng)這(zhe)一(yi)重(zhong)要(yao)的(de)環(huan)節(jie)。通(tong)過(guo)標(biao)準(zhun)實(shi)驗(yan)室(shi)的(de)綜(zong)合(he)性(xing)能(neng)測(ce)試(shi)我(wo)們(men)基(ji)本(ben)可(ke)以(yi)認(ren)定(ding)該(gai)天(tian)線(xian)在(zai) 實際使用環境下的通話質量。
4、天線工程樣品的製作與性能確認: 該環節是把前期的實驗結果以實物的形式反饋給客戶,工程樣品的製作務必要有高精度的製作工具及工藝。
5、客戶驗證天線後,參(can)考(kao)客(ke)戶(hu)的(de)驗(yan)證(zheng)結(jie)論(lun),對(dui)天(tian)線(xian)的(de)性(xing)能(neng)稍(shao)做(zuo)一(yi)些(xie)調(tiao)整(zheng)。以(yi)期(qi)進(jin)一(yi)步(bu)的(de)完(wan)善(shan)。天(tian)線(xian)設(she)計(ji)是(shi)一(yi)個(ge)注(zhu)重(zhong)細(xi)節(jie)處(chu)理(li)的(de)工(gong)作(zuo),需(xu)要(yao)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)做(zuo)性(xing)能(neng)的(de)最(zui)終(zhong)調(tiao)整(zheng)。
完整的設計一款手機天線的周期大慨是在5tianzuoyou。ershoujishejigongsizhengshikaishidaorutianxiandeshejishijianshizaidiyicishishengchanhou,yincitianxianwangwanghuiyinweijiyuliangchanerjiakuaitianxiandeshejijincheng。meiyouzugoudeshiyanshijian,duitianxiandeshejishibulide。
微波天線的設計需要相關的軟硬件配套
1.高精度的測試儀器(網絡分析儀,綜合測試儀,頻譜分析儀);
2.模擬自由空間測試環境(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(Ansoft HFSS10.0, Zeland IE3D,agilent ADS, microwave office2005)
天線的可批量種類
天tian線xian設she計ji調tiao試shi完wan成cheng後hou,將jiang轉zhuan化hua到dao天tian線xian的de可ke批pi量liang設she計ji。目mu前qian天tian線xian行xing業ye應ying用yong最zui多duo的de天tian線xian結jie構gou還hai是shi天tian線xian支zhi架jia與yu天tian線xian金jin屬shu輻fu射she體ti的de結jie構gou。該gai結jie構gou最zui早zao由youNOKIA廣泛應用,該種結構形式製作精度稍低,但有良好的可製作性,裝配簡單,工藝成熟等優點。下麵是基本的天線設計結構的一個描述;
天tian線xian批pi量liang的de不bu同tong的de實shi現xian形xing式shi,對dui天tian線xian的de性xing能neng並bing沒mei有you太tai大da的de影ying響xiang,主zhu要yao的de不bu足zu是shi在zai快kuai速su量liang產chan的de周zhou期qi內nei,難nan度du大da的de工gong藝yi製zhi造zao工gong藝yi無wu法fa滿man足zu需xu求qiu的de時shi間jian。
天線設計前沿:
1、低姿態,低剖麵的天線的廣泛應用。
該種天線的設計形式是在普通的PIFA天線的基礎上改進而成,在更底的剖麵完成的設計,該種設計思路借鑒PIFA與MONOPOLE 的優缺點,廣泛應用與超薄機型以及空間比較緊的機型。該類型的天線已經被SUMSUNG 等大公司采用,並有良好的輻射接受效果。高輻射效率,抗幹擾能力強的手機天線將會是近期設計的重點,在一定的環境中,如何提高天線的抗幹擾能力呢?
2、未來手機將發展成為有更多的NOTEBOOK的特性,在很小的空間內多支天線的共存,同時UWB超寬帶天線將會有更大的空間。一般形式的UWB 天線可以實現在0.4GHz-3.5GHz的工作範圍,但是該天線有一缺點是設計結構相當的複雜,可實現性不強,需要外圍製造公司有更高的技術能力,相信 在未來1-2年內可以廣泛應用在移動終端中.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絡的設計.手機在近期將會把GPS、DVB- Digital Video Broadcasting、WIMAX、WIFI等新技術鈉入其中,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天線要求有一定的圓極 化,DVB數字電視天線將要求有更高的工作頻寬及接收性能。而且這些天線存在一定的相互幹擾因素,在後期實現過程中會出現一些問題。
WiMAX究竟發展性如何?事實上,受到3G基礎建設已經相當完善的鉗製,WiMAX起不起得來一直是一個問號;兩者有衝突是不爭的事 實,WiMAX的發展在新興國家有機會,否則就要靠政府主導。3G和WiMAX兩者特性不同,3G長於行動能力的處理,WiMAX則以頻寬大、傳輸速度快 見長;因此可以看到,GSM到3G乃至HSDPA一連串的發展,都是以增加傳輸速度為主要方向;而WiMAX從802.16d到802.16e的發展,則 是著眼於高速之下傳輸會出現問題,因此要強化行動的能力。然而以目前的發展來看,WiMAX在data的傳輸上較具優勢;而且計費方式,3G以通話費來 計,而WiMAX采用固定費;長期來看,WiMAX還是比較看好。
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計,微帶天線有它的不足,現階段愈是高階的手機,支持的頻段愈多,4頻或5頻手機就很風行;然而使用上,其實 不管在哪裏,都隻有使用到單頻而已,其它3頻就是浪費,尤其對於手機愈做愈小的需求上,更可以思考是否有改善空間?事實上,若強化天線技術,這種浪費是可 以改變的,友金因而投入開發主動天線技術,能夠隨需求切換不同的頻段,屆時手機天線僅需提供單頻,就不需要內建4頻天線模塊。
結語
天線設計是手機設計成功鏈中的一個不可或缺的環節,天線性能的好壞直接會導致諸多的問題,期望手機設計公司多參考天線設計公司的意見,全民提高,把國產手機的輻射性能做到更好,有利於民族企業的發展, 更有利於百姓的使用。
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