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1、手机RF设计知识连载手机内置天线设计在手机制造商中，为什么大家公认NOKIA的手机信号好呢？为什么大家都认为MOTO的手机信号好且性能稳定呢？主要原因是NOKIA和MOTO等大公司在天线与RF方面的设计流程的理念与国内厂商不一样。像MOTO公司所要主张的那样，手机设计首先要保证信号好，即RF性能好；其次要保证音频性能好，话都听不清打什么电话呢？所以，在他们的初期方案中就包含了与天线相关的基于外观、主板、结构等的总体环境设计。由于外观、主板、结构、天线是作为一个整体，提供给天线的预留空间及内部的RF环境十分合理，所以天线性能优越也在情理之中。反观国内的手机设计，负责项目管理和主持项目设计的人员对
2、天线的认识不足，同时受结构方案和外形至上的制约，到最后来“配”天线，对天线的调试匹配占了整个天线设计流程的大部份时间，这与包含天线的整体方案设计有本质的区别，往往就导致留给天线的面积和体积不足，或在天线下面安置喇叭、摄像头、马达、FPC排线等元件，造成天线性能下降。实际上，如果在方案预研和总体设计阶段，让RF与天线方面的技术人员有效参与进来，进行有效的RF和天线设计沟通和评估，ID、结构、RF设计兼顾天线和整体性能，那么设计出优质的手机产品有什么难的呢？一、内置天线对于手机整体设计的通用要求主板a. 布线 在关联RF的布线时要注意转弯处运用45度角走线或圆弧处理，做好铺地隔离和走线的特性阻抗仿
3、真。同时RF地要合理设计，RF信号走线的参考地平面要找对（六层板目前的大部份以第三层做完整的地参考面），并保证RF信号走线时信号回流路径最短，并且RF信号线与地之间的相应层没有其它走线影响它（主要是方便PCB布线的微带线阻抗的计算和仿真）。PCB板和地的边缘要打“地墙”。从RF模块引出的天线馈源微带线，为防止走线阻抗难以控制，减少损耗，不要布在PCB的中间层，设计在TOP面为宜，其参考层应该是完整地参考面。并且在与屏蔽盒交叉处屏蔽盒要做开槽避让设计，以防短路和旁路耦合。天线RF馈电焊盘应采用圆角矩形盘，通常尺寸为34mm，焊盘含周边0.8mm的面积下PCB所有层面不布铜。双馈点时RF与地焊盘的
4、中心距应在45mm之间。b. 布板RF模块附近避免安置一些零散的非屏蔽元件，屏蔽盒尽量规整一体，同时少开散热孔。最忌讳长条形状孔槽。含金属结构的元件，如喇叭、马达、摄像头基板等金属要尽量接地。对于折叠和滑盖机，应避免设计长度较长的FPC（FPC走线的时钟信号及其倍频容易成为带内杂散干扰），最好两面加接地屏蔽层。c. 常见问题对于传导接收灵敏已经满足要求（或非常优秀）但整机接收灵敏度差的情况，特别是PIFA天线，其辐射体的面积和形式还是对辐射接收灵敏度有一定的影响，可以在天线方面做改进。整机杂散问题原因在于天线的空间辐射被主板的金属元件（包括机壳上天线附近的金属成分装饰件）耦合吸收后产生一定量的
5、二次辐射，频率与金属件的尺寸关联。因此要求此类元件有良好的接地，消除或降低二次辐射。整机杂散问题还与天线与RF模块之间的谐振匹配电路有关，如果谐振匹配电路的稳定性不好，很容易激发产生高次谐波的干扰。机壳的设计由于手机内置天线对其附近的介质比较敏感，因此，外壳的设计和天线性能有密切关系。外壳的表面喷涂材料不能含有金属成分，壳体靠近天线的周围不要设计任何金属装饰件或电镀件。若有需要，应采用非金属工艺实现。机壳内侧的导电喷涂，应止于距天线20mm处。对于纯金属的电池后盖，应距天线20mm以上。如采用单极（monopole）天线，面板禁用金属类壳体及环状金属装饰。电池（含电连接座）与天线的距离应设计在
6、5mm以上。二、手机内置天线的分类1. PIFA皮法天线a. 天线结构辐射体面积550600mm2，与PCB主板TOP面的距离（高度）67mm。天线与主板有两个馈电点，一个是天线模块输出，另一个是RF地。天线的位置在手机顶部。PIFA皮法天线如按要求设计环境结构，电性能相当优越，包括SAR指标，是内置天线首选方案。适用于有一定厚度手机产品，折叠、滑盖、旋盖、直板机。b. 主板天线投影区域内有完整的铺地，同时不要天线侧安排元器件，特别是马达、SPEAKER、RECEIVER、FPC排线、LDO等较大金属结构的元件和低频驱动器件。它们对天线的电性性能有很大的负面影响.c.天线的馈源位置和间距一般建
7、议设计在左上方或右上方；间距在45mm之间。2. PIFA天线的几种结构方式a.支架式天线由塑胶支架和金属片（辐射体）组成。金属片与塑胶支架采用热熔方式固定。塑胶常用ABS或PC材料，金属常用铍铜、磷铜、不锈钢片。也可用FPC，但主板上要加两个PIN，这两项的成本稍高。b. 贴附式直接将金属片（辐射体）贴附在手机背壳上。固定方式一般用热熔结构。也有用背胶方式的，由于结构不很稳定，很少采用。FPC也如此。3. MONOPOLE单极天线a. 天线结构辐射体面积300350mm2，与PCB主板TOP面的距离（高度）34mm，天线辐射体与PCB的相对距离应大于2mm以上。天线与主板只有一个馈电点，是模
8、块输出。天线的位置在手机顶部或底部。MONOPOLE单极天线如按要求设计环境结构，电性能可达到较高的水平。缺点是SAR稍高。不适用折叠、滑盖机，在直板机和超薄直板机上有优势。b. 主板天线投影区域不能有铺地，或无PCB，同时也不要安排马达、SPEAKER、RECEIVER等较大金属结构的元件。由于单极天线的电性能对金属特别敏感，甚至无法实现。c. 天线的馈源位置馈电点的位置与PIFA方式有区别。一般建议设计在天线的四个角上。4. MONOPOLE单极天线的几种结构方式a. 与PIFA天线相同，有支架式、贴附式。b. PCB式MONOPOLE单极天线的辐射体采用PCB板，与主板的馈电有簧片和PI
9、N方式，热熔在塑胶支架上。还可以在机壳上做定位卡勾安装。c. 特殊结构天线设计在手机顶部立面（厚度）上，用金属丝成型，如MOTO的V3、V8超薄系列，他们为天线设计的金属空白区域很大，实际上这是属于天线的一部分。国内仿制失败的原因是没有给这个金属空白区域。这种形式环境设计和天线设计均有难度，需慎重选择。另一种是称为“假内置”的形式，相当于将外置天线移到机内，体积很小，用PCB或陶瓷材料制成。这种天线带宽、辐射性能较差、成本高，不建议采用。三、手机内置天线形式比较这里简单比较一下两种主流PIFA皮法和MONOPOLE单极天线，以及分别适用的机型结构： 有效面积mm2 距主板mm 天线投影下方 天
10、线馈源 天线体积 电性能 SAR皮法 600 7 有地 2 大 很好 低单极 350 4 无地 1 小 好 稍高折叠机 滑盖机 旋盖机 直板机 超薄折叠机 超薄直板机 皮法 适用 适用 适用 适用 不适用 不适用 单极 不适用 不适用 不适用 适用 适用定制 适用四、很多情况下，手机设计公司因为某一款机型的天线性能未达标，而被迫更换天线公司，结果也未尽人意，项目进程延迟。但此时的造型、机壳模具、主板可变化的空间很小，最终勉强上市，或推翻该方案，造成很大的损失。因此，建议在手机方案设计时，尤其在产品造型和结构设计阶段让天线工程师参与进来，对天线相关的一些方案提出建议，共同研讨，设计出比较合理的外
11、观造型和射频环境结构，提高天线的电性能指标，使手机产品在整体性能方面有较高的品质。希望上述内容能对手机方案设计、特别是有关天线环境的设计有参考价值，加强手机方案设计的各专业工程师对天线特性更深入的了解，减少项目在时间、人力物力方面的损失。手机RF设计知识连载 -maxconn1 手机天线的处理：a,要尽早确定天线形式，是PIFA天线，还是monopole 天线，螺旋天线，外置还是内置天线等。能尽量留多点空间给天线的就尽量多，面积越小的小天线效率越低，相应的带宽也会窄一些，如果你追求高效率较宽的带宽的话，一定要多给天线一点空间。记住，天线是你怎么对它它就怎么对你，你给不给它留空间，它就不给你留空
12、间，不给你留面子的。b,尽量将天线的位置放在远离噪声源的地方，比如LDO侧，电池座边，摄像头边，LCD或摄像头接插件边等。能不把这些器件放在靠近天线的位置就尽量不要放，就是要放也要离开一定的距离，而且要用地隔离，但隔离还是有限，一般离天线10mm左右的摄像头FPC会影响接收灵敏度1dB以上，影响TRP 0.5dB以上；而离天线10mm左右的LDO也会影响接收灵敏度1dB以上，影响TRP 0.5dB以上，有时甚至更多；speaker在天线附近和不在附近也会影响接收灵敏度1dB以上，如果是单极天线，不是净空的话，天线性能会很差，我遇到过离天线架3mm的地方的地对天线接收灵敏度的影响超过2dB的。c
13、,从RF connector到天线馈点的布线，很多容易忽略这一点。天线馈点离地我建议最少要6mm以上，当然更宽一点更好。而从RF connector到天线馈点的信号线要包地处理，信号线离地边缘最少要倍线宽，这样可以减小信号耦合和地上的串扰信号干扰；另外一点，就是这中间的匹配电路，一般人都是用一个型电路进行匹配，我是一般用个器件的，就是双型，这样调试天线会快一些，因为对双频天线来说，我觉得很难用一个型能做到两个频段的谐振都很好。多留一点调试余量，和节省一个电容之间的区别，自己权衡吧。的处理。就是antenna switch module天线开关模块的意思。在系统中，由于是时分双工加频分双工的制式
14、，所以需要一个双工器件进行信号分离。以前的手机采用的是介质双工器的方法进行信号分离，但介质双工器体积太大，且只能进行单频工作，已经被淘汰。目前用的比较多的是。是一个是数字信号控制收发时隙，以及进频段选择，体积也比较小。但的收发隔离度是比较小的，好像只有dB左右，这样就要接收的时候，PA要关掉信号发射，这样PA不会有信号输出从而影响接收。现在CDMA方案的手机就采用无源的双工器，然后将PA信号关断之后还要关断PA电源，这是因为要防止PA的杂散信号或自激信号会影响接收。现在一般的ASM使用的都是日系的一些厂家的，主要是HITTICH，Muruta,TDK等。他们一般都不会提供其ASM的端口S参数，
15、但会给一些参考设计。而我们设计的PCB的寄生参数等还是会与他们的sample有区别的，建议自己用网络分析仪测试一下各个端口的阻抗，仿真时匹配用。测试阻抗时，要加电并用软件控制选择频段，测试收端阻抗时，断开从PA发射出来的信号（去掉链路中的匹配电路就是）。用猪尾巴做开口测试，记得务必要将猪尾巴进行校准，最终的结果是单端口连接猪尾巴时，阻抗显示在开路点。ASM的插入损耗对于接收链路来说非常重要，插入损耗过大的话会影响接收灵敏度；ASM TX端的损耗过大的话，PA需要输出更大功率才能满足校准时的功率要求，这就人为的恶化了PA的性能，造成一些诸如开关谱FAIL之类的问题。基本射频、光纤及网络知识汇编A、射频知识功率/电平（dBm）：放大器的输出能力，一般单位为w、mw、dBm 注：dBm是取1mw
