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1、GSM 手机外置天线的原理手机外置天线的原理摘要: 手机在人们的生活中起着越来越重要的作用, 而手机在发送接收信号时性能的好坏, 一定程度上取决于射频电路天线部分的设计。介绍了 GSM 频段手机外置天线的原理和电气特性要求, 及依据天线工作原理工厂对手机天线的检验方法。1 GSM 手机外置天线的原理手机天线对整个手机来说是一颗机构电子料, 他的外观同工业设计有关系。这里着重讲述手机外置(exposed)天线电气方面的原理。当电能量加到并联谐振网络上时, 并联谐振网络就会向外发射一定频率 F = 1/2LC 的电磁波。当并联谐振网络处在电磁场中, 他会产生一定频率 F = 1/2LC 的电能量,
2、 且频率 F 与电磁波频率一致时, 产生电能量相对最大。手机天线就是运用这样的电气原理, 为了更好地发送和接收电磁波, 将并联谐振回路中的电容两个板极打开, 以电感为振子。电容性以分布容性实现, 因中国的全球通波段和欧洲一致, EGSM (低发高收 880 915MHz 及 925 960MHz) 加 DCS (发 1710 1785MHz, 收 18051885 MHz) , 总对天线来说要求 DualBand (880 960MHz, 1710 1880MHz)。故电感为一个有两种疏密度的线圈, 以满足两波段频率发送接收的需要。若是做三频天线, 因 PCS 频段与 DCS 频段接近, 只需
3、在 DCS 频段上扩展就可以。调节手机天线电气性能时,需要一只最终定型的手机(所有其他部件不再会改变) 制作手机天线测试工具, 在其天线连接的部位引 1 根钢管线出来安装 SMA 头。通过接校准过单端口S11 参数的矢量网络分析仪 Aginlent8753 来显示天线在两个频段的 S11 特性, 应该在有用频段内小于- 10 dB, 测试时周围不应该有金属反射面, 有些厂商 EGSM 频段做不到小于- 10 dB,那最低要求也要做到小于- 8 dB。若满足不了 S11 特性, 就要通过改变线圈的长度和疏密度及手机内部 PCB 板匹配网络来满足 S11 参数特性。参数达标后, 将线圈固定并拍照记
4、录下线圈的长度和疏密度, 使之可用以大量生产, 并记录下匹配网络各被动器件参数用于手机内部 PCB 板匹配网络制作。若是翻盖手机,S11 在闭合和打开时都满足所测标准, 主要考察打开时的 S11。S11 与 V SWR 有对应换算关系。调好 S11 后, 还要测其增益与方向性, 这就要求在 3D 或2Dchamber 里测试, 绘出图形, 再换算成理论要求平均增益, 接近于 0 dB。但实际做不到, 一般要求 EGSM 频段不小于- 1 dB, DCS 频段不小于- 2 dB。内置天线更低为- 4 dB, 另外SAR 测试也要达标, 这要求在专用的 SAR 实验室测试(实验室必须具有国际认证资
5、格) 目前国家并没有做强制要求。因为要做到电气性能达标, 线圈必须大于一定长度,所以天线外露出机壳的部分必须大于1614mm, 但是把线圈缩入机壳内的除外。除装配合格外, 手机外置天线要做落甩实验, 直板机从高度为 115 m 落下, 折叠机为 112 m。经落甩后机构电气性能都不能改变。2 外置天线参数检验方法手机整机厂商检验手机外置天线产品参数是否合格的简便方法:(1) 频率范围(frequency range) 用校正过单端口 S11 的网络分析测 S11 小于- 10 dB 的范围涵盖所需频段为合格。(2) 阻抗( impedance) 用较正后的网络分析仪测阻抗密斯圆图上, (0,
6、0) 是匹配点(50 8 )。(3) 回波损耗( return lo se) 测量方法与频率的测量相同, 带内回损- 10 dB。(4) 电压驻波比(V SWR) 用网络分析仪测, 先较正单端口 S11, 按 Fo rmat 后测 SWR。( 5) 增益(gain) 需在隔离度优于- 80 dB 的屏蔽室(chamber) 中进行测量。在手机以天线连接到 PCB 接口处引一个 RF cable 出来, 加信号发时, 用标准天线测待测天线发射出来的功率(近场测试)。所得测试及功率除以加到天线到 PCB 接口处信号的功率即为增益。( 6) 额定功率(power rating) 需要在隔离度优于-
7、80 dB 的屏蔽中测量。取手机一部装上 S IM 卡和电池,开机使手机处于发射状态, 用标准天线作近场测量。测出的功率为额定功率。(7) 极化方向(polarization) 可用垂直极化(vertical polarizat ion ) 标准天线测量。如果被测天线是水平极化(horizontal polarizat ion) , 那垂直标准极化天线几乎收不到信号。3 结语现在人们为了手机外壳的简约美观而去掉外置式天线, 因此手机天线向内置式发展, 但内置天线增益较低, 造成手机收发性能不好, 在基站信号较弱的地方容易断话。故手机外置式天线在手机业中仍占有一席之地, 研究并做好、做小手机外置式天线仍是市场的需求。
