【導(dǎo)讀】手機(jī)天線看似毫無關(guān)聯(lián)，事實(shí)上手機(jī)天線直接影響著手機(jī)的通訊能力，決定著手機(jī)的發(fā)射接收性能，所以說，手機(jī)天線的好壞直接影響手機(jī)在市場(chǎng)上所占的生存空間。本文講解了名師是如何改善手機(jī)天線的輻射性能的，闡述了影響手機(jī)天線的幾個(gè)重要因素。
在移動(dòng)手機(jī)里，天線直接影響了手機(jī)的可通訊能力，直接決定了手機(jī)的射接收性能，甚至天線設(shè)計(jì)的好壞決定了該手機(jī)在市場(chǎng)的生存空間。在國(guó)外，品牌手機(jī) 設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家普遍比較重視天線的前期研發(fā)與設(shè)計(jì)，他們多與參股與控股的形式培養(yǎng)一天線設(shè)計(jì)與生產(chǎn)研究所或?qū)I(yè)電小天線設(shè)計(jì)公司，NOKIA在國(guó)內(nèi)控制了飛 創(chuàng)，MOTOROLA 在國(guó)內(nèi)參股了加利，在這種環(huán)境下，專業(yè)的天線設(shè)計(jì)公司為大品牌的手機(jī)提供了足夠的天線設(shè)計(jì)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(jì)出性能優(yōu)良的天線，把手機(jī)ID與一流功能完整的結(jié)合。
在國(guó)產(chǎn)手機(jī)中，目前只有為數(shù)不多的大公司比較重視天線的設(shè)計(jì)與制造，多 數(shù)中小企業(yè)只是把天線視為普通的硬件，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(jī)的客戶或終端消費(fèi)者無法接受手機(jī)的“可通話”性能，導(dǎo)致 項(xiàng)目的流產(chǎn)或重新設(shè)計(jì)，造成資源及人力的浪費(fèi)及商機(jī)的流失，大大的降低了企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。
專業(yè)的分析，天線性能的好壞大致由以下幾個(gè)因素來影響：
空間
行業(yè)內(nèi)有一絮語(yǔ)“多大的空間決定多少的性能”，足夠的可實(shí)行空間對(duì)天線來說是必須的。關(guān)于天線的可設(shè)計(jì)空間，建議客戶在方案設(shè)計(jì)前期多與天線設(shè)計(jì)工 程師做深入的溝通，了解天線的布置與潛在的問題點(diǎn)，以期位置的預(yù)留。天線工程師在設(shè)計(jì)過程中已經(jīng)有相當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，哪些布局對(duì)天線的設(shè)計(jì)是有利，哪些空間 的對(duì)天線的性能有更大的提高，對(duì)新的方案定義是必須的。同時(shí)多參考幾家天線設(shè)計(jì)公司的建議，更有利于天線空間的合理性分配，來更完整的分配天線的空間。
關(guān)于天線的可利用空間，經(jīng)常會(huì)遇到天線設(shè)計(jì)公司與手機(jī)整機(jī)商為了提高天線的性能爭(zhēng)取天線的空間布局，只有絕少部分的設(shè)計(jì)公司會(huì)滿足天線空間的基本要 求，而絕大部分的設(shè)計(jì)公司會(huì)以手機(jī)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(huì)頻繁的更換天線設(shè)計(jì)公司，結(jié)果還是天線的性能達(dá)不到一定的要 求、案目流產(chǎn)，怪恨天線設(shè)計(jì)公司的能力太差，等等。
我們都知道現(xiàn)在的手機(jī)天線都是偶極子天線發(fā)展演變而來的，天線不可能在無窮小的空間實(shí)現(xiàn)功能，天線一定 需要一個(gè)相對(duì)開放寬闊的空間，可以這么的說，還沒有一個(gè)人可以完成“手機(jī)天線零空間”這個(gè)課題。
EMI
EMI(Electro Magnetic Interference) 在電子行業(yè)是一個(gè)普遍的問題，很多的問題點(diǎn)都是因?yàn)橄嚓P(guān)的處理沒有很好的執(zhí)行，或者深入的考慮。在手機(jī)天線由外置天線過度到內(nèi)置天線的初期，很多的手機(jī)設(shè) 計(jì)公司普遍遇到了手機(jī)的動(dòng)態(tài)接收靈敏度的問題，可能設(shè)計(jì)的原理圖與以前外置天線之PCB的原理圖是一致的，但是內(nèi)置天線遇到了與靈敏度的問題，因?yàn)槭裁? 當(dāng)時(shí)一般的公司都認(rèn)為是天線的問題，很少有人懷疑是自己設(shè)計(jì)的方案的問題。問題點(diǎn)是電路或其它的元器件對(duì)天線輻射的相互干擾，該干擾在手機(jī)動(dòng)態(tài)接收過程中 會(huì)影響手機(jī)的接受質(zhì)量。
在誤碼率的參考下，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)靈敏度偏低。EMI的問題一般不會(huì)影響天線的輻射功率，同理不會(huì)影響天線的輻射效率，但是對(duì)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(duì)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。
至于近期將廣泛推出的3G手機(jī)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(duì)人體影響必須減少。過去GSM手機(jī)采TDMA技術(shù)，隨時(shí)間調(diào) 變，只有8分之1有訊號(hào);然而進(jìn)入3G時(shí)代采CDMA技術(shù)，為連續(xù)調(diào)變，對(duì)人體的影響就比較大;因此手機(jī)天線就有較嚴(yán)格的要求。規(guī)格較高，抗干擾能力很重 要，雜訊抑制能力夠不夠都是關(guān)鍵，若是雜訊過濾不掉，抗干擾耐受性是否足夠就是重點(diǎn)。
手機(jī)廠商的經(jīng)驗(yàn)很重要，若是經(jīng)驗(yàn)不足，零件擺放位置設(shè)計(jì)不夠理想，就 會(huì)產(chǎn)生很多問題，例如受話器與天線之間的干擾問題，就與Layout如何設(shè)計(jì)關(guān)系很大。天線與有線圈的元件都容易產(chǎn)生干擾，除了受話器以外，震動(dòng)功能所用 到元件上面的小馬達(dá)，也有線圈，也要避免干擾問題。
時(shí)間
時(shí)間對(duì)天線的設(shè)計(jì)是必須的，就算是前期有過詳細(xì)的評(píng)估，在得到實(shí)物后一定是需要一定的時(shí)間來調(diào)試與測(cè)量天線的輻射接收性能。
天線的調(diào)試大致分以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：
1、天線設(shè)計(jì)方案的定奪：任何機(jī)型，在設(shè)計(jì)初期一定會(huì)有一個(gè)在該特種結(jié)構(gòu)下的最優(yōu)方案，把最合理的設(shè)計(jì)方案做為第一設(shè)計(jì)思考，往往會(huì)起到意想不到的 效果。因?yàn)樘炀€設(shè)計(jì)工程師可以充分利用他的成功設(shè)計(jì)過的經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)新的案件，往往該方案會(huì)形成一種實(shí)用的設(shè)計(jì)習(xí)慣。當(dāng)然我們?cè)谠O(shè)計(jì)的初期，會(huì)提供多套方案 工設(shè)計(jì)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(biāo)有天線的固有阻抗，返回?fù)p失，發(fā)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(gè)工作日。該環(huán)節(jié)主要是針對(duì)特定的空間環(huán)境下，通過不同的天線的設(shè)計(jì)構(gòu)造，來使天線的綜合輻射性能達(dá)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(因?yàn)槭謾C(jī)天線是負(fù)責(zé)射頻終端的信號(hào)發(fā)射與接收，手機(jī)天線不能有太高的方向性，負(fù)責(zé)不利于手機(jī)在多路徑效應(yīng)下 的信號(hào)保真度)。同時(shí)通過一定的實(shí)驗(yàn)做好多種設(shè)計(jì)方案下的調(diào)節(jié)趨勢(shì)，以便后期的動(dòng)態(tài)有源性能的優(yōu)化，以便縮短天線的研發(fā)周期。
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3、天線之有源性能之測(cè)試與優(yōu)化：有源性能指的是天線負(fù)載在手機(jī)射頻終端，手機(jī)發(fā)射接受電路給天線渡口足夠的能量的前提下，手機(jī)總體的輻射與接收性 能，還包括手機(jī)的頻率誤差、相位誤差以及諧振平衡等指標(biāo)。該測(cè)試環(huán)節(jié)是在天線本身有一定的增益及輻射效率的前提下，對(duì)天線與接收電路匹配的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。細(xì)言之，天線的諧振正常，增益可以滿足基本的要求，不一定負(fù)載電路后會(huì)有很好的接收效果。
手機(jī)天線的設(shè)計(jì)還是基于基本的微帶天線的設(shè)計(jì)原理，微帶天線 的諧振帶寬在0.8GHz—2GHz頻段是不可能設(shè)計(jì)到10%的，一般的設(shè)計(jì)形式只有7%左右，也就是說在一定的帶寬范圍內(nèi)，一定會(huì)存在一個(gè)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(diǎn)方式，修改天線的諧振路徑的長(zhǎng)度及寬度等等。良好的輻射接收性能需要足夠細(xì)致的阻抗細(xì) 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(shí)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(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的綜合性能測(cè)試我們基本可以認(rèn)定該天線在 實(shí)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(rèn): 該環(huán)節(jié)是把前期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以實(shí)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(yàn)證天線后,參考客戶的驗(yàn)證結(jié)論，對(duì)天線的性能稍做一些調(diào)整。以期進(jìn)一步的完善。天線設(shè)計(jì)是一個(gè)注重細(xì)節(jié)處理的工作，需要在一定的基礎(chǔ)上做性能的最終調(diào)整。
完整的設(shè)計(jì)一款手機(jī)天線的周期大慨是在5天左右。而手機(jī)設(shè)計(jì)公司正式開始導(dǎo)入天線的設(shè)計(jì)時(shí)間是在第一次試生產(chǎn)后，因此天線往往會(huì)因?yàn)榧庇诹慨a(chǎn)而加快天線的設(shè)計(jì)進(jìn)程。沒有足夠的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，對(duì)天線的設(shè)計(jì)是不利的。
微波天線的設(shè)計(jì)需要相關(guān)的軟硬件配套
1.高精度的測(cè)試儀器(網(wǎng)絡(luò)分析儀，綜合測(cè)試儀，頻譜分析儀);
2.模擬自由空間測(cè)試環(huán)境(深圳最大的標(biāo)準(zhǔn)暗室，空間大小8X4X4，雙軸雙極化三維測(cè)試);
3.先進(jìn)的天線仿真軟件(Ansoft HFSS10.0, Zeland IE3D,agilent ADS, microwave office2005)
天線的可批量種類
天線設(shè)計(jì)調(diào)試完成后，將轉(zhuǎn)化到天線的可批量設(shè)計(jì)。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(jiǎn)單，工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)。下面是基本的天線設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的一個(gè)描述;
天線批量的不同的實(shí)現(xiàn)形式，對(duì)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足需求的時(shí)間。
天線設(shè)計(jì)前沿：
1、低姿態(tài)，低剖面的天線的廣泛應(yīng)用。
該種天線的設(shè)計(jì)形式是在普通的PIFA天線的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，在更底的剖面完成的設(shè)計(jì)，該種設(shè)計(jì)思路借鑒PIFA與MONOPOLE 的優(yōu)缺點(diǎn)，廣泛應(yīng)用與超薄機(jī)型以及空間比較緊的機(jī)型。該類型的天線已經(jīng)被SUMSUNG 等大公司采用，并有良好的輻射接受效果。高輻射效率,抗干擾能力強(qiáng)的手機(jī)天線將會(huì)是近期設(shè)計(jì)的重點(diǎn),在一定的環(huán)境中,如何提高天線的抗干擾能力呢?
2、未來手機(jī)將發(fā)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(shí)UWB超寬帶天線將會(huì)有更大的空間。一般形式的UWB 天線可以實(shí)現(xiàn)在0.4GHz-3.5GHz的工作范圍,但是該天線有一缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)膹?fù)雜,可實(shí)現(xiàn)性不強(qiáng),需要外圍制造公司有更高的技術(shù)能力,相信 在未來1-2年內(nèi)可以廣泛應(yīng)用在移動(dòng)終端中.當(dāng)然UWB天線的實(shí)行市場(chǎng)化還需要良好的阻抗分支及匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì).手機(jī)在近期將會(huì)把GPS、DVB- Digital Video Broadcasting、WIMAX、WIFI等新技術(shù)鈉入其中，增加手機(jī)的賣點(diǎn)。這些功能將對(duì)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(shù)字電視天線將要求有更高的工作頻寬及接收性能。而且這些天線存在一定的相互干擾因素，在后期實(shí)現(xiàn)過程中會(huì)出現(xiàn)一些問題。
WiMAX究竟發(fā)展性如何?事實(shí)上，受到3G基礎(chǔ)建設(shè)已經(jīng)相當(dāng)完善的鉗制，WiMAX起不起得來一直是一個(gè)問號(hào);兩者有沖突是不爭(zhēng)的事 實(shí)，WiMAX的發(fā)展在新興國(guó)家有機(jī)會(huì)，否則就要靠政府主導(dǎo)。3G和WiMAX兩者特性不同，3G長(zhǎng)于行動(dòng)能力的處理，WiMAX則以頻寬大、傳輸速度快 見長(zhǎng);因此可以看到，GSM到3G乃至HSDPA一連串的發(fā)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(fā)展，則 是著眼于高速之下傳輸會(huì)出現(xiàn)問題，因此要強(qiáng)化行動(dòng)的能力。然而以目前的發(fā)展來看，WiMAX在data的傳輸上較具優(yōu)勢(shì);而且計(jì)費(fèi)方式，3G以通話費(fèi)來 計(jì)，而WiMAX采用固定費(fèi);長(zhǎng)期來看，WiMAX還是比較看好。
3、主動(dòng)天線能夠自動(dòng)切換頻段
目前手機(jī)天線基本上是用被動(dòng)天線形式設(shè)計(jì)，微帶天線有它的不足，現(xiàn)階段愈是高階的手機(jī)，支持的頻段愈多，4頻或5頻手機(jī)就很風(fēng)行;然而使用上，其實(shí) 不管在哪里，都只有使用到單頻而已，其它3頻就是浪費(fèi)，尤其對(duì)于手機(jī)愈做愈小的需求上，更可以思考是否有改善空間?事實(shí)上，若強(qiáng)化天線技術(shù)，這種浪費(fèi)是可 以改變的，友金因而投入開發(fā)主動(dòng)天線技術(shù)，能夠隨需求切換不同的頻段，屆時(shí)手機(jī)天線僅需提供單頻，就不需要內(nèi)建4頻天線模塊。
結(jié)語(yǔ)
天線設(shè)計(jì)是手機(jī)設(shè)計(jì)成功鏈中的一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié),天線性能的好壞直接會(huì)導(dǎo)致諸多的問題,期望手機(jī)設(shè)計(jì)公司多參考天線設(shè)計(jì)公司的意見,全民提高,把國(guó)產(chǎn)手機(jī)的輻射性能做到更好,有利于民族企業(yè)的發(fā)展, 更有利于百姓的使用。
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