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手机天线原理和设计
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天线基本概念 Return Loss（回波损耗S11）
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天线原理 Directionality（方向性系数）
天线辐射方向性参数。天线据此可分全向（omni-directional）和定向（directional）。 Gain（增益） 天线增益定义为规定方向的天线辐射强度和参考天线之比。 Efficiency（效率） Gain＝Directionality × Efficiency Efficiency＝Output Power/Input Power
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天线原理 Polarization（极化） 天线远场处电矢量轨迹。分线极化、圆极化、椭圆极化。 XY平面为H面，YZ面E1面，XZ面E2面。
一般手机外置（stubby）天线在H面接近线极化，PIFA和Monopole极化复杂。 基站入射波为线极化，方向与地面垂直。 XY平面为H面，YZ面E1面，XZ面E2面。 Z 基站 Y X
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天线原理 一个理论上的各向同性（Isotropic）天线有全立体角相等的方向分布。 该天线可作为其它天线的参照。 侧视 (垂直方向图) 顶视
(平面方向图)
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天线原理－偶极天线 偶极天线方向图侧视 看来Isotropic方向图垂直方向收到“挤压”，水平方向则扩大了覆盖范围。
增益越高，垂直方向波束越窄，水平方向覆盖面积越大。 侧视 (垂直方向图) 顶视 (水平方向图) dipole (with Gain) 垂直波束
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全向和定向 右上图为一高增益全向天线。垂直方向波束窄，阴影为天线不能覆盖范围。水平方向则覆盖面积很大。
Area of poor coverage directly under the antenna Beamwidth 右上图为一高增益全向天线。垂直方向波束窄，阴影为天线不能覆盖范围。水平方向则覆盖面积很大。 右下图显示方向图被“挤压”向一个方向，辐射能量在一定角度分布较大。而背面能量分布少。
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EIRP = transmitter power + antenna gain – cable loss
EIRP（ Effective Isotropic Radiated Power ） EIRP = transmitter power + antenna gain – cable loss Power Setting dBm 100 mW 20 dBm 50 mW 17 dBm 30 mW 15 dBm 6 dBi Patch EIRP 6 dBi 26 dBm 23 dBm 21 dBm 20 mW 13 dBm 15 mW 12 dBm 5 mW 7 dBm 1 mW 0 dBm 6 dBi 19 dBm 18 dBm 13 dBm 6 dBm
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内置天线分类 PIFA Planar Inverted F Antenna Internal Planar Monopole
内置平面单极天线 Internal Helix 内置螺旋天线
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手机结构 vs PIFA天线（直板机）（一）
典型PIFA形式,GSM/DCS(/PCS) 位于手机顶部 面向Z轴正向，与电池同侧。
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手机结构 vs PIFA天线（直板机）（二）
short pin Feed pin w=15~25 L=35~40 Antenna H=6~8 Ground
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手机结构 vs PIFA天线（直板机）（三）
W，L，H，其中H和天线谐振频率的带宽密切相关。W、L决定天线最低频率。 手机PCB的尺寸对PIFA有很大影响 Shielding Case对天线的影响 手机电池芯对PIFA影响强烈。
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PIFA需要的空间和其它条件 双频（GSM/DCS）：600 ×7～8mm PIFA需要的空间大小视乎频段和射频性能的需求。
三频（GSM/DCS/PCS）： ×7～8mm 满足以上需求则GSM频段一般可能达－1～0dBi，DCS/PCS则0～1dBi。 天线正下方一般避免安放器件，尤其是Speaker和Vibrator 电池尽量远离天线。一般至少5mm以上。 天线同侧后盖上不用导电漆喷涂，谨慎使用电镀装饰。
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天线馈点和接地的摆放 （红色为馈点，蓝色为接地）
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手机结构 vs PIFA天线（翻盖或滑盖）（一）
翻盖手机合盖状态，天线表现与直板机无异。 开盖状态，上下盖PCB都为地，天线由在地顶端变为处于地中央。
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手机结构 vs PIFA天线（翻盖或滑盖）（二）
右二图为合、开两种状态下天线S11参数的Smith圆图。右上图为合盖，右下为开盖。 由右图可见两种状态下天线工作状态发生较大变化。通常低频谐振降低。
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以上二图分别为直板（左）、翻盖（右）@1GHz时的增益方向图。
由于翻盖打开，增益比直板状态增大了。直板状态全向性好，翻盖状态则背向增益变小。
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PIFA的局限 PIFA脱胎于带短路微带天线，有带宽窄的先天缺点。 PIFA增益偏低。 结构单调，不易与当今灵活多变的手机结构相适应。
面对3G和多模手机的要求，一个手机的天线（组）必须同时面对900（800）MHz、1700MHz～2200MHz如此宽广电磁波谱的要求。PIFA显得力不从心。
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内置平面Monopole出现的现实意义 多模手机对多频段天线的要求
Monopole的大带宽和高增益，足以应付3G时代跨越2GHz的几百兆带宽需求。 内置平面Monopole结构灵活，易于与当今多变的手机结构相配合
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Feed Strip 天线低频部分 塑胶支架 38X6X4 PCB 天线高频部分
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从右图可见 该种monopole保持了低频（1GHz）工作频带。 高频则可有着与中心频率比值20%以上、宽达几百兆工作带宽。
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右图为该天线模型在1.8GHz频率下的增益方向图。
最大增益～4dBi。 全向性可控制
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内置Planar Monopole vs 手机结构设计
内置Planar Monopole天线可以比同样工作频率的PIFA小。 Monopole必须悬空，平面结构下不能有PCB的Ground。 Monopole只需要一个Feed Point和PCB上的Pad相连。
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内置天线结构种类 天线 天线 Pogo Pin Pogo Pin PCB 反向使用Pogo Pin的 PCB 正向使用Pogo Pin的
Stamping Stamping热熔到Housing内侧，Stamping伸出spring与手机PCB连接 Stamping + Support Stamping热熔到Support上，连接用spring Stamping + Support + Pogo pin (正、反) Stamping热熔到Support上，连接用Pogo Pin。 正向使用Pogo Pin一般适合于带support的结构，反向使用都可以。
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FPC FPC + Support + FPC连接器 FPC + Support + Pogo pin (正、反) Housing表面电镀
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内置Helix 类似外置Helix内藏于手机壳内 金属线Helix嵌入塑料内模，轴线平行于PCB平面，竖直装载于PCB顶端。
以上实际RF效果均不够理想。一般辐射效率在20%。 优点在于可以利用以往的外置天线手机主板设计，稍加修改快速设计出一款内置天线手机。
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