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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PIN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,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，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，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作基准值，以分贝表示的绝对功率电平。换算公式： 电平（dBm）=10lg(mW) 5W 10lg5000=37dBm 10W 10lg10000=40dBm 20W 10lg20000=43dBm 从上不难看出，功率每增加一倍，电平值增加3dBm(半功率点)增益（dB）：即放大倍数，单位可表示为分贝（dB）。 即：dB=10lgA（A为功率放大倍数）插损：当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减，单位用dB表示。选择性：衡量工作频带内的增益及带外辐射的抑制能力。-3dB带宽即增益下降3dB时的带宽，-40dB、-60dB同理。驻波比（回波损耗）：行驻波状态时，波腹电压与波节电压之比（VSWR） 附：驻波比回波损耗对照表：SWR 1.2 1.25 1.30 1.35 1.40 1.50回波损耗（dB） 21 19 17.6 16.6 15.6 14.0三阶交调：若存在两个正弦信号1和2 由于非线性作用将产生许多互调分量，其中的21-2和22-1两个频率分量称为三阶交调分量，其功率P3和信号1或2的功率之比称三阶交调系数M3。即M3 =10lg P3/P1 （dBc） 噪声系数：一般定义为输出信噪比与输入信噪比的比值，实际使用中化为分贝来计算。单位用dB。耦合度：耦合端口与输入端口的功率比, 单位用dB。隔离度：本振或信号泄露到其他端口的功率与原有功率之比，单位dB。天线增益（dB）：指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。一般把天线的最大辐射方向上的场强E与理想各向同性天线均匀辐射场场强E0相比，以功率密度增加的倍数定义为增益。Ga=E2/ E02天线方向图：是天线辐射出的电磁波在自由空间存在的范围。方向图宽度一般是指主瓣宽度即从最大值下降一半时两点所张的夹角。 E面方向图指与电场平行的平面内辐射方向图； H面方向图指与磁场平行的平面内辐射方向图。一般方向图越宽，增益越低；方向图越窄，增益越高。天线前后比：指最大正向增益与最大反向增益之比，用分贝表示。单工：亦称单频单工制，即收发使用同一频率，由于接收和发送使用同一个频率，所以收发不能同时进行，称为单工。双工：亦称异频双工制，即收发使用两个不同频率，任何一方在发话的同时都能收到对方的讲话。单工、双工都属于移动通信的工作方式。B、射频器件知识放大器：（amplifier）用以实现信号放大的电路。滤波器：(filter)通过有用频率信号抑制无用频率信号的部件或设备衰减器：(attenuator) 在相当宽的频段范围内一种相移为零、其衰减和特性阻抗均为与频率无关的常数的、由电阻元件组成的四端网络，其主要用途是调整电路中信号大小、改善阻抗匹配。功分器：进行功率分配的器件。有二、三、四.功分器；接头类型分N头（50）、SMA头（50）、和F头（75）三种，我们公司常用的是N头和SMA头。耦合器：从主干通道中提取出部分信号的器件。按耦合度大小分为5、10、15、20. dB不同规格；从基站提取信号可用大功率耦合器（300W），其耦合度可从3065dB中选用；耦合器的接头多采用N头。负 载：终端在某一电路（如放大器）或电器输出端口，接收电功率的元/器件、部件或装置统称为负载。对负载最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的功率。环形器：使信号单方向传输的器件.转接头：把不同类型的传输线连接在一起的装置。馈 线：是传输高频电流的传输线。天 线：(antenna)是将高频电流或波导形式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去或把来自一定方向的电磁波还原为高频电流的一种设备。C、光纤知识光功率：衡量光信号的大小，可用光功率计直接测试，常用dBm表示光端机：主要由光发送机和光接收机组成，功能是将要传送的电信号及时、准确的变成光信号并输入进光纤中进行传播（光发送机）；在接收端再把光信号及时、准确的恢复再现成原来的电信号（光接收机）。由于通信是双向的，所以光端机同时完成电/光（E/O）和光/电（O/E）转换。激光器：把电信号转换为光信号，用在光发射机中，主要指标是能够发出的光功率的大小。光接收器：把光信号转换为电信号，用在光接收机中，主要指标是接收灵敏度。光耦合器：光耦合是表示有源的或无源的或有源与无源光学器件之间的一种光的联系。联系形式多种：光的通道，光功率的积聚与分配，不同波长光的合波与分波，以及光的转换和转移等。能实现光的这种联系的器件称为光耦合器。波分复用器：光分波器或光合波器统称光复用器，它能将多个载波进行分波或合波，使光纤通信的容量成倍的提高。目前采用1310nm/1550nm波分复用器较多，它可将波长为1310nm和1550nm的光信号进行合路和分路。光衰减器：就是在光信息传输过程中对光功率进行预定量的光衰减的器件。按衰减值分3、5、10、20dB五种，根据实际需要选用。光法兰头：光法兰头又称光纤连接器。实现两根光纤连接的器件，目前公司采用的有FC型和SC型两种活动连接器，既可以连接也可以分离。光 纤：传输光信号的光导纤维，分多模光纤、单模光纤两大类。光纤材料是玻璃芯/玻璃层，多模光纤的标准工作波长为850/1310