手机内置天线

手机内置天线（共4篇）

手机内置天线 篇1

1 引 言

随着移动通信的飞速发展 ,手机越来越趋向小型化、多功能、高性能 ,而且要美观耐用。这对手机天线的设计提出了更高的要求,其未来的发展趋势必将是小型化、内置化、多频段和智能化。微带天线作为一种新型天线,具有重量轻,体积小,剖面低,制造简单,能与载体共形等特点[1],因而在内置手机天线的研究设计上引起了更多的重视。近年来,颇受关注的是一种平面倒置F型微带天线。线性倒F天线是一种小尺寸天线,当辐射单元仅采用顶部的一个金属导线时辐射效果并不理想(辐射电阻小),为增大辐射电阻和提高辐射效率而采用顶部加载的技术,把线形振子水平部分用平面代替,形成了平面到F天线,即PIFA(Planar Inverted-F Antenna)。参考文献[2]通过在辐射贴片上开了一个L形隙缝,实现了双频工作,分别谐振在WCDMA和ISM频段,相对带宽分别达到14.1%,4.92%,增益分别达到了4.62dBi和4.89dBi;参考文献[3]设计了一种双频WLAN微带缝隙天线,采用T形微带缝隙结构达到宽带双频工作,其频率覆盖WLAN系统的2.4-2.484GHz和5.15-5.35GHz,进一步扩展了带宽,分别达到了27%,12.3%;参考文献[4]在辐射贴片上开了2个U型槽的方法,可在GSM900MHz,DCS1800MHz和ISM2450MHz三个频段工作,带宽分别达到了6.4%,6.1%和2.5%,天线的增益及带宽均满足现代移动通信系统的工作要求,但是高频段2450MHz的带宽较窄。

基于对微带天线的研究,本文提出了一种新型的平面倒F型天线。它的结构特点是:天线辐射片上开了一个h型槽和一个矩形槽,用一个短路壁来调节阻抗匹配,采用同轴馈电。通过调节槽的位置和大小、馈电点的位置。在GSM900MHz,DCS1800MHz和ISM2450MHz 三个频段的增益分别达到了0.1dBi,0.25dBi和0.4dBi,带宽分别达到了6.44%,6.67%和4.5%,实现了三频工作。

2 PIFA天线及多频段技术

PIFA天线的基本结构是采用一个平面辐射单元作为辐射体,并以一个较大的地平面作为反射面,辐射体上有馈电点和接地点。

PIFA天线的近似谐振频率为[5,6]

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式中c为光速;L为辐射贴片的长边;W为辐射贴片的短边。

式(1)是根据PIFA天线作为一个半波长环形缝隙天线这一假定而得出的求解谐振频率的近似公式。另外,辐射体和接地面之间的高度对天线的带宽有着非常关键的影响。

PIFA天线实现多频段的目前的方法为:

①采用多馈点,但调谐频率和调谐范围受到一定的限制,通常不采用;

②在辐射体上采用开槽技术,实际应用中的多频段技术多采用开槽的方式实现。PIFA采用"开槽"设计,是将贴片天线和缝隙天线的优势加以综合利用,贴片天线容易设计、加工,可以双频工作。

在辐射体上开槽,形成缝隙天线可产生单向或双向方向图,且对制造公差的敏感性比贴片天线小。所利用的原理就是天线在所有谐振点上是以不同的模式工作的,即低次模和高次模,二者的频差很大,不满足指定频段的要求。限于手机中对天线体积、重量和制造工艺的要求,在贴片上"开槽",通过人工额外加载缝隙的办法,较小限度地改变天线结构,而较大限度地改变贴片表面的电流分布,从而实现增加频段、扩展频带的目的。只要仔细调整开槽的位置,槽的尺寸以及开槽缝隙的宽度,同时在合适的位置加载短路壁,就有可能使高次模的谐振频率降低到需要的频段,同时又不影响低次模在低频段上的应用。因此,近年来在多频天线的设计中,经常采取这一方法[4]。

3 三频段PIFA天线的设计

3.1 天线模型尺寸

本文以矩形贴片天线为载体进行研究,采用在辐射体上开槽技术,基于时域有限差分法进行设计、仿真和优化,得如图所示天线模型。其天线底层介质高度为1.65mm,介电常数为4.6,上层介质采用空气层,总高度为10mm,接地板大小为89mm*50mm(PCB板的尺寸),贴片大小为61.5mm*19.2mm。具体贴片尺寸如图 1所示。图中主体为开h形槽孔,W3和L3槽孔为调整低端频率,改善阻抗特性。

经反复优化、修改,最终得到槽孔尺寸数值如下(单位:mm):L1=56.6mm,L2=4mm,L3=3.75mm,L4=15.6mm,L5=6.5mm,W1=17mm,W2=11.5mm,W3=7.2mm,W4=3.5mm,W5=2mm。

3.2 天线调谐

谐振频率调节采用的步骤为:①调节缝隙的长度和宽度。首先确定低频段的谐振频率点,原则是缝隙不能弯折,避免切割电流路径太多而影响带宽和效率,然后调节高频段的缝隙和长度;②馈电点和短路壁起着变换天线阻抗的作用,即它们的感抗与辐射体和接地面形成的容抗之间构成谐振回路,它们越长则变化的效果越明显(实际中表现为天线高度的变化)。当改变它们的粗细时(横截面尺寸)也会改变天线的阻抗[7]。调节天线的匹配时,通过改变馈电点和短路壁的位置、长度与横截面尺寸来实现。本文设计的短路壁位置如图 2 所示,其中W6=16.25mm,W7=3mm,W8=5.5mm。

3.3 参数影响分析

改变槽孔尺寸,即微调了电流路径,从而改变了阻抗特性,影响谐振频率,各参数变化对三个频率点(f1=0.9GHz,f2=1.8GHz,f3=2.45GHz)的影响如表 1所示。

可见,影响低频段900MHz的谐振频率的主要因素有W,L,L1,L3等几项;影响1800MHz的谐振频率的主要因素有L1,L2,L3,L4,W1,W2,W5,影响高频段2450MHz的谐振频率的主要因素有L1,L2,L3,W4。

由于PIFA属于小型天线,设计上的一点误差对小天线尤其严重,而且各个参数互相制约,互相影响,因此有必要对上述的几个主要参数进行细微调节,综合比较,才能优化出合适的天线尺寸,得到理想的性能指标。

3.4 天线的仿真分析

本文应用时域有限差分法,在数值计算空间构建天线模型,分为四层:第一层为辐射贴片(金属层),即辐射单元;第二层为空气层;第三层为介质层;第四层为接地导体层。为在计算机的数字空间中模拟电磁波的传播及与物体的作用,得到包括时间变量的 Maxwell 方程的四维准确数值解,再通过傅里叶变换求得三维空间的频域解,采取了以下措施:①构建非时变、线性、各向同性媒质填充的无源区域;②当在计算机的有限存储空间对电磁波的传播进行模拟时,考虑了数值色散问题;③为保证细微结构区域的分辨率,又能节省计算内存和时间,在细微结构区域使用细网格尺寸,在其他区域应用粗网格尺寸;④设置理想匹配层边界,弥补由于计算机内存有限、对计算区域进行截断的缺欠,以模拟电磁波无反射地通过截断边界,按Maxwell 方程描述的规律,向无限远处传播。⑤在天线辐射边沿构置测量盒子,由测量值可得辐射的相对大小和相位,再构建远区辐射场的测量盒子,从而获得远区辐射情况。⑥设置数值计算时间和衰减量。

在此基础上,在层编辑器中设定所需要的介质材料、优先级、颜色、介电常数等参数,开始对天线进行仿真。

3.4.1 回波损耗

在利用天线来做电磁能量的发送和接收的过程中不可避免地会产生能量的损失,在仿真空间运行仿真程序,得图3所示平面倒F型天线的回波损耗曲线图,由于辐射板上开了一个h型槽和一个小矩形槽,得到了3个频率谐振点,分别为0.883GHz(阻抗带宽为0.805-0.938G),1.80GHz(阻抗带宽为1.75-1.87G)和2.44GHz(阻抗带宽为2.37-2.48G)。这三个频率段涵盖了GSM/DCS/ISM的工作频段。仿真结果满足目前GSM移动终端所需的3频段的工作频率。

3.4.2 辐射方向图

图 4～6是按照上述辐射贴片仿真所得的在3个谐振点处的E面和H面的辐射方向图。可以清楚地看出,天线在900MHz频段的最大增益达到了0.1dBi,1800MHz频段的最大增益达到了0.25dBi,2450MHz频段的最大增益达到了0.4dBi,三个频率点方向性较好。

4 结束语

本文根据PIFA天线的基本原理,提出了一种结构紧凑、造型简单的平面倒F型微带天线,通过设计,对天线建模仿真、不断调试、优化之后,得到的天线可使频率覆盖GSM900MHz、DCS1800MHz和ISM2450MHz 3个频段,天线的增益及带宽均满足现代移动通信系统的工作要求。研究了所开槽孔参数的变化对天线谐振频率的影响,为三频PIFA天线的设计提供了一种新思路。

摘要：本文提出一种新型平面倒置F型三频手机天线(PIFA)。天线采取单馈点同轴馈电,上层辐射片开h形槽孔,应用时域有限差分法对天线进行设计和仿真,在GSM900MHz,DCS1800MHz和ISM2450MHz 3个频段的增益分别达到了0.1dBi,0.25dBi和0.4dBi,带宽分别达到了6.44%,6.67%和4.5%,表明该天线可在三个频段工作,满足了新一代无线通信系统对频段、带宽和增益的要求。

关键词：平面倒F型天线,三频h型天线,GSM900MHz/DCS1800MHz/ISM2450MHz

参考文献

[1]张钧,刘克诚,张贤铎等.微带天线理论与工程[M].北京:国防工业出版社,1988.

[2]张一夫.应用于GSM/DCS网络的手机内置天线[D].大连:大连海事大学,2004.

[3]梁仙灵.双极化微带天线阵与超宽带、多频段印刷天线[D].上海:上海大学,2006.

[4]徐娜,赵春晖.平面倒置F型三频手机天线的设计[J].应用科技,2007,34(3):44-49.

[5]Shaoli Zuo,Zhiya Zhang,Wei jun Wu,Yingzeng Yin.Acompact tri-band PIFA antenna for WLAN And WiMAXapplications[J].Microwave And Optical Technology Let-ters,2010,52(4):919-922.

[6]Shitao Chen,Bingzhong Wang,Jiangyi Pang,Shaoqiu Xi-ao.Compact and wideband PIFA for DCS/PCS/UTMS/WLAN communication system[J].Microwave And Opti-cal Technology Letters,2010,52(5):1097-1100.

[7]Chih-Hisien Wu,Kin-Lu Wong.Communitions:Ultra-wideband PIFA with a capacitive feed for penta-bandfolder-type mobile phone antenna[J].Antennas AndPropagation Society International Symposium,2009,57(8):2461-2464.

手机内置天线 篇2

关键词：FM,有源天线,低噪声放大器,英飞凌

有源天线技术是指用一个合适的低噪声放大器直接连接FM的内置天线。所谓的有源天线模块包含一个单独的特制无源结构,它直接与相应的放大器电路相连。这种技术在新移动设备应用中快速赢得了认可。高增益,小封装及高抗静电能力的低噪声放大器是有源天线设计的重要因素。英飞凌科技的新一代BGB719N7ESD可以满足这种有源天线的所有要求。

内置天线的设计挑战

在设计有源天线时也会遇到一些挑战。当把天线集成到手机内部时会出现两个问题。一是,电小尺寸及位置比较低的天线具有高的输入电抗,低的输入阻抗及低的辐射效率,使得很难得到其与其他电路的良好匹配。第二个问题涉及到手机内部与FM天线位置靠近的其他天线的发射信号的隔离。这影响到与大多数辐射都有关系的手机底盘中的射频电流。其他与手机底盘相连的天线或者类似用底盘作为主要辐射子的天线,都将遭受严重的信号泄露。

电小尺寸的内置天线将会严重地降低天线增益,从而导致比用耳机作为外置天线的低接收灵敏度。为了补偿接收灵敏度,必须使用有源天线技术。除了低噪声放大器这个主要的器件外,外置ESD保护器件及用于分集天线的单刀双掷开关在有源天线系统里也是十分必要的。单刀双掷开关可以用于外置耳机天线和内置天线的切换。

利用一个高性能的低噪放可以提高接收机的灵敏度。但是,在上述内置天线系统低噪放设计中会有一些困难。在手机应用中,为了延长电池使用时间,低电流是十分必要的。但是低电流又会影响到低噪放的线性度。其他的需求包括关断功能,射频管脚强的抗静电能力,小尺寸及外围器件少等。

方案-有源天线

手机内置天线 篇3

硅谷数模半导体公司 (Analogix Semiconductor, Inc., 简称“硅谷数模”) 和中兴通讯股份有限公司 (简称“中兴通讯”) 宣, 中兴通讯最新款旗舰智能手机Nubia Z5S采用了内置的Slim PortR接口解决方案, 可在外置的全高清分辨率显示器上显示内容。Nubia是中兴通讯旗下一个优质的智能手机品牌。

Nubia Z5S专为极致的娱乐体验而打造, 搭载了高通骁龙S4 Pro高速处理器, 该处理器的Adreno320显卡可提升游戏和视觉效果。作为中兴通讯第一款整合Slim Port的智能手机, Z5S可为智能手机用户带来全新体验。

Nubia品牌总经理倪飞说:“我们将Nubia Z5S打造成我们速度最快、功能最齐全的智能手机, 并具备诸多先进的娱乐功能。其内置的Slim Port接口可提供一种强大且易用的方式来与投影机、监视器和电视机分享全高清内容, 进而让用户能够充分利用这些功能。”

硅谷数模营销副总裁Andre Bouwe说道:“硅谷数模很自豪能为Nubia助一臂之力。通过为Nubia Z5S选择Slim Por解决方案, 该手机就将集所有出色的性能于一身, 让用户可与好友及家人一起在大屏幕上分享绝佳的影院级音频和视频。Z5S很适合玩3D游戏及在网上购物, 因此它必将在市场中制胜。”

最新推出的产品反映了这样一个趋势, 即制造商不断将Slim Port解决方案整合到需要非常高的视频分辨率、纤薄外形以及高能效等特性的高端手机中, 它说明了Slim Port作为一种可连接各种显示器的单一高性能接口正快速被全球接受。

硅谷数模是符合Display Port标准的半导体与IP产品的领先提供商, 这些产品广泛应用于笔记本电脑、平板电脑和其他移动设备中。Display Port标准是一种针对高分辨率视音频的创新分组数字接口, 由视频电子标准协会 (VESA) 制定。硅谷数模Slim Port产品依托Display Port技术打造。

关于硅谷数模半导体

硅谷数模半导体公司 (Analogix Semiconductor, Inc.) 致力于为数字多媒体市场设计并制造半导体———从智能手机等便携式设备到高端显卡以及大型高清显示器。该公司是一家提供端到端Display Port接口连接半导体解决方案的市场领先企业, 产品包括Slim Port系列。

关于Nubia

手机内置应用未来何去何从? 篇4

手机内置应用的前世今生:从品牌象征到“过街老鼠”

可以说, 从手机诞生之日起, 手机内置应用就开始存在, 电话功能、短信功能、闹钟功能等均可被视为手机内置应用。

在早期的功能机时代, 手机毫无扩展能力, 完全是终端厂商提供什么样的内置应用, 用户就使用什么应用。在这样的情况下, 如果手机厂商能提供其他厂商所不具备的应用, 或者能够提供比其他厂商更好的同类应用, 无疑会成为用户选择手机的重要考量, 如内置游戏、铃声编辑器、输入法等, 甚至能够成为手机品牌的象征, 例如当年的“贪食蛇”游戏就是诺基亚手机品牌的象征。

功能机之后的智能机时代是应用大爆炸, 数以百万计的应用供用户选择, 而用户使用的常用应用也就几十个, 这导致应用之间的竞争相当激烈, 而开发者们更是绞尽脑汁如何将应用安装到用户手机中, 且让用户使用。而直接在出厂的手机中内置应用, 则是彻底解决应用安装的最佳途径。

正是各个开发者都这么想, 应用预装大战自然就不可避免。终端厂商的官方ROM中会预装应用;渠道在售前偷偷预装应用;各类刷机包也大力推广应用……于是用户拿到的终端因为里面预装了大量应用, 预装产业链也形成了。即预置一个应用, 费用为3~5元不等, 由各个环节分享且形成了多种的收费模式, 如按安装量计费、按激活量计费等。

对于用户而言, 当其使用第一部智能机时, 是乐意拥有这些预置应用的, 因为需要这些预置应用将自己带入智能手机时代, 另外, 功能机时代那种“内置应用越多, 手机越好”的固有思维也起到了一定的作用。但是当用户拥有第二部、第三部智能手机的时候, 其使用习惯已经养成, 即习惯于仅使用某种浏览器、某种输入法、某种安全软件等, 此时, 如果内置应用与其使用习惯不相符合, 他就会想办法卸载并重新选择;如果这些内置应用无法卸载, 不满自然产生;如果这些内置应用非但无法卸载, 还在后台强制运行, 占据存储空间、拖累运行速度、默默使用流量, 怒火中烧成为必然。

事实是, 现在很多应用确实是无法卸载且是强制运行的, 而用户每每更换手机都是如此, 至此, 内置应用沦为了“过街老鼠”。

手机内置应用的未来:从负价值到正价值

除了上述原因, 目前手机内置应用在用户与媒体眼中, 成为过街老鼠, 其根本原因是相当部分的应用对用户而言非但没有价值, 反而消耗用户的成本, 包括存储空间、运行速度、个人信息、流量等, 可以说其提供的是“负价值”。而为了让其不再成为“过街老鼠”, 惟有将“负价值”转换为“正价值”, 对此, 笔者认为可以采用以下4个方面的策略。

首先是分类。不是每个内置应用都被用户认为是“过街老鼠”的, 总有一些应用会被用户认为是必须安装的。这些包括:一是与系统结合非常紧密的输入法、闹钟等;二是越来越多被定义为刚性需求的移动互联网应用, 如微信、手机QQ、手机淘宝等;还有一些应用, 或许一部分用户不使用, 但由于其知名度较高, 即便内置了, 用户也不会厌恶, 例如某些手机浏览器等。

其次是透明。用户看着一部已经装了七八十个应用的手机, 本就有所不满, 更何况根本就不知道这些应用都是做什么的 (尤其是一些国外品牌终端, 选用英文作为应用名称) 且连卸载的权力都没有。因此, 用户需要透明的信息, 而这种透明体现在两个方面:第一是必须要以某种方式保证用户能够知道这些内置应用是什么, 占用多少空间, 是否会后台运行, 是否会消耗流量;第二是必须保证用户可卸载的权力, 即除了系统级应用外, 其余功能性应用都可被卸载。

第三是适量。七八十个应用, 密密麻麻四五个页面, 哪个用户看了都心烦, 尤其是其中还有许多根本用不上的。因此, 适量的原则必须要遵守。首先是总量要控制, 厂商不能因为3~5元的短期收入, 就牺牲长期的用户体验;其次是考虑建目录, 如果不能控制总量, 就把某些功能类似的应用归于同一目录下, 这样做一方面让应用看上去少一些, 另一方面, 可以让用户通过目录大致了解该应用的类型。

最后是选择。与其强行把用户不需要的应用安装在手机中, 不如给用户选择权。例如可以在用户第一次开机时, 询问用户哪些应用是需要安装的, 即等同于系统的配置;二是与一些应用商店合作, 发放给用户一些虚拟币, 而用户拿着虚拟币可以到指定的板块进行付费应用的购买, 让用户深切感知赠送应用的价值所在。