天线设计基础

1、手机天线设计基础1 天线基本知识2. 网络分析仪，暗室和 200的使用3. 研发流程图4. 新到手机的处理5. 治具的制作6. 天线的调试（以为例）7. 数据报告和承认书8. 线圈的打样和承认9. 试生产1天线基本知识1.1天线的定义：引用国际上官方的定义如下：ao也就是说：天线就是发射或接收系统中设计用来辐射或接收电磁波的那部分。12天线的分类：按外观分类：外置式和内置式。按结构分类：固定式(内外模)，组装式 (主体)，内模等。按频段分类：450, (824-849), (880-960), (1710-1880), (1895-1918), (1850-1990), 3G(1920-217

2、0), (2450)。13天线的频段当今移动通信系统主要有如下的工作频段，请见下表:00008248498698948%8068218518667%8068248518708%8909059359507%8719049169499%8909159359608%8809159259609%8959019209455%12271575161616261%17101785180518809%189519181%18501930193019907%30()192019802110217013%240024853%无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围(频带宽度)内工作的，天线的频带 宽度

3、有两种不同的定义一种是指，在驻波比w 1.5条件下，天线的工作频带宽度；一种是指，天线增益下降3范围内的频带宽度。在移动通信系统中，通常是按照前一种定义的。具体的说，天线的频带宽度就是天线的驻波 比不超过1.5时，天线的工作频率范围。一般来说，在工作频带宽度内的各个频点上，天线性能是有差异的，但这种差异造成的性能 下降是可以接受的。14天线的性能参数目前天线的测试参数主要有：反射损耗()，驻波()，增益()，灵敏度,效率，。而我公司目前能提供的有反射损耗，驻波，增益，和灵敏度。1.4.1反射损耗当馈线和天线匹配时，馈线上没有反射波，只有入射波，即馈线上传输的只有向天 线方向行进的波。这时，馈线

4、上各处的电压幅度与电流幅度都相等，馈线上任意一点的 阻抗都等于它的特性阻抗。而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就只能 吸收馈线上传输的部分高频能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量将反射回去 形成反射波。10()Ainsoft CarporAioh 3(Y Pld 1 PlanarEMI-11 56|Y2- -13 57142驻波在不匹配的情况下，馈线上同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波 相位相同的地 方，电压振幅相加为最大电压振幅，形成波腹；而在入射波反射波相位相反的地方电压振幅相 减为最小电压振幅，形成波节。其他各点的振幅值则介于波腹和波节之间。这种

5、合成波成为行 驻波。越大，反射越大，匹配越差。反射损耗和驻波的换算关系如下:20 Jun 2003Ans-uft CcwporinmnPIM4IEM1X1 =1.S9GHEY1-142143增益增益是指：在输入功率相等的情况下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处 所产生的功率密度之比。它定量的描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然 与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣 越小，增益越高。换言之，某天线 的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功 率放大的倍数。通常计算天线的最大增益。理想的点源天蟻，它的搂收和发射是无方向性的，仅在理论 上成

6、 立，现实中是无法实现的纺它是其它现实存在天线的理想 参照天线, 彗过它计算Gain.它的3D辐射图如下:天线的增益一般分为E面和H面，E面指的是天线的电场面，H面指的是天线的磁 场面。下图是对称振子的立体辐射图和E面和H面的增益图。Dipole天釵的E而Dipoie天线的R近似、肿字面近似一个国半波振子的增益为2.15若是以半波振子为参照，则增益的单位为，半波振子的增益为OoDirectivity对天践的一个非常重要的描述是天戟柱某一方向上集中多少 这是相对与其它方術而1T的.天蟻的这个特性被獄为DirectionA 方向性）.Directioii被定义为一特定方向上的辐射强度与平均辐射强度

7、（Isotropic ）的比值D=U raaz/U averageIsotropicD=1Dipole （半波撅子）一 D二K5144是表征微波器件的阻抗特性的工具。它适用于任何特性阻抗的系统，通常的系统特 性阻抗为Zo=5OQ或Z=75Q。通常为归一化的表达方式 即。 如下所示为的电感和电抗的曲线。2|2M3114&S5StPortl Peril 1 KGHzUSOHrSeiMO 1 Sweep 1AnrsnAt Cor portion SmMh Plot 1 FUntfEM!1 920 GHzMP： 1.516 1S4J41FIX: (L20. jDliytCB： -3.A39Q: 0U6

8、?645天线效率（）天线的辐 射效率是 天线的辐 射功率与 天线的输入功率的比值。其中为天线的辐射阻抗，为天线的总的阻抗。1.4.6灵敏度手机天线最重要的性能指标是灵敏度，它表示手机能接收到的最小功率，般手机 的灵敏度标准为02。1.5天线匹配网络（）什么叫匹配？简单的说，馈线终端所接负载阻抗，等于馈线特性阻抗Z。, 称为馈线终端是匹配连接的。匹配时，馈线上只存在传向终端负载的入射波，而没有 由终端负载所产生的反射波，因此，当天线作为终端负载时，匹配能保证天线取得全 部信号功率。如果天线振子直径较粗，天线输入阻抗随频率的变化较小，容易和馈线保持匹 配，这时天线的工作频率范围较宽。反之，则较窄。

9、在实际工作中，天线的输入阻抗还会受到周围物体的影响。在手机天线的实际中 经常遇到天线受手机翻盖或天线周围金属器件的影响。天线的匹配网络一般采用L型或八型电路，最理想的是天线自匹配。1.6天线阻抗（）天践输入ift信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗. 输入阻抗具宥电la分电抗分量Xi即纂二+电抗分量扁存在会减 少天蟻从憤蟻对信号功率的提取，固此、必療便电抗分量尽可催 为#也就是庭尽可催使天醱的槍入阻 抗为饨电風事实上，即使是 设计、调试得很好的天蟻，其输 入讯抗中总还會宥一个小的电抗 分量位*输入阻抗与天线的蜡构*尺寸以及工作液长有关，半液对称 撅 子是最畫要的基本天战，其输入阻抗为Z*

10、. 73J+ j42,5 （欧）当 把其长度第短（35） %时，就可以滴除其中的电抗分量，使天 袋的输入阻抗为纯电阻，旣时的輸入阻抗为血二73,1 （Bt） ,# 75欧）注意，严格的说，竝电阻性的天线 輸入阻抗只是对点频 而言的.宥慧的是，对于任一天藝*人m息可通过天蝠區抗调试，在 要 求的工作類率范II内，使输入阻抗的崖部很小且实部相当接 近50 欧从商使得天蛭的输入限抗为ZiM-RiM-SOtt 一一 这是 天蟻能 与憤銭赴于良好的ISttER所必魚的.1.7天线的性能要求手机天线要达到一定的性能要求，客户才会接收。一般的性能标准如下:外置式频段参数 -15 1.51.5 -10 2.0

11、08w2.50.5w8w2.51.02网络分析仪，暗室和200的使用2.1网络分析仪网络分析仪是调试手机天线最重要，也是最常用的设备，它主要提供反射损耗 (),驻波和的数据。2.1.1网络分析仪上常用功能键的作用如下：:返回网络分析仪初始状态，显示频率 为0.033000。:调/存测试程序，如先按，再按，是把当前状态存储成一个新文 件；先按，再按,是把当前状态覆盖存储到当前程序；先按，再按,为调出所选程 序；先按，再按,最后按,是把当前的测试数据以格式保存到磁盘。:打印程序数据，先按，再按，即可。:设置显示屏上开始频点，如按，在数字键上输入800,再按下右上角的，表示 设定显示屏上频率的起点为

12、800o:设置显示屏上最后频点，如按，在数字键上输入2000,再按下右上角的，表示设定显示屏上频率的终点为2000o:设置显示屏上频带的中心频点，如按，在数字键上输入1500,再按下右上角的，表示设定显示屏上频率的中心频点为1500。:设置显示屏上的频带宽度，如按，在数字键上输入2000,再按下右上角的，表示设定显示屏上频率宽度为2000o1：表示所选为第一端口。2：表示所选为第二端口。:可选择S11, S12, S21, S22四个信道。:性能参数开启键，按下后选左侧竖排的八个键选参数键，常用的有3个，为回损，显示阻抗，用来调整匹配，为驻波。:单位参数开启键，按下后选左侧竖排的八个键选参数键

13、，常用的有2个，选每格的单位数，如在数据显示状态为回损的情况下，按下此键，再按5,接 着按下最右角的第四个键xl,表示当前显示屏上每格代表5;为电延迟，用来归零用。:状态参数开启键，按下后选左侧竖排的八个键选参数键，常用的有4个，为当前 性能数据健，为记忆状态性能数据键，为同时显示当前和记忆两种状态数据键， 为把当前状态记忆形成记忆状态的参数键。:归零校准键，详细适用方法见归零校准方法。:作用是设定频点。如按下此键 后，左侧竖排八个参数键会显示15几个 可设置的频点，输入800,再按下，表示设 置频点一在800 o在左侧竖排的八个键除存储文件的两个键外，还有最下端的两个键常用：:修改文 件名和

14、删除文件的开启键。按下后，选，可以为文件改名，每选一个字母，按一次， 最后按下，改名成功；和为删除文件，前者删除所 选文件，后者删除全部文件，在选 择以前要慎重，以免误删。:选择文件存储的盘，为网络分析仪本身的硬盘，为软盘。2.1.2归零校准过程天线调试需要在极精确的状态下进行，把多余的干扰因素排除， 所以在调试前先归零校准，保存成校准程序，后续治具在该程序下调试。下面以双频 为例介绍归零校准过程：1. 分别按下和，使仪器处于初始状态。2. 按键，数字键上选800,再按，表示设定开始频点为800o3. 按键，数字键上选2000,再按，表示设定终止频点为2000o4. 按键，在左侧竖排八个键中选

15、，再旋转圆纽到1601o5. 按键，选择5格。6. 按键，设置5个频点，从1到5分别为880, 960, 1710,1880,9257. 按键，在左侧竖排八个键中选，再选S11 1,会出现，三个键。8. 取出校准头，接上端，按下键。9. 重复上述过程，分别校准和，最后按下最下端的。10按，选择，旋转频带线最短，并集中到实阻抗线的最右端，即阻抗无穷大处。11保存归零好的文件，并更改成自己设定的文件名。以上就是网络分析仪最基本的一些用法，新人才正式操作前要多请教资深工程师，多 多练习，熟练运用。2.2暗室的使用暗室（屏蔽室）是天线调试最重要的设备，它主要测试天线的增益和灵敏度。暗室主 要由以下几部

16、分组成：屏蔽房（主要是吸波材料），发射天线，接收天线，线，电脑，网 络分析仪，转台控制器，监视器。其中线把网络分析仪和接收，发射两个天线连接，提供 信号和接收信号。电脑和网络分析仪连接，通过测试软件 控制测试参数和过程，并搜集整 理测试数据。暗室的操作过程如下：一、操作前1. 首先确认电源和气压是否正常。2. 其次确认各仪器之间的线和连接器是否正确连接。3. 确认待测治具是否正常。、操作中1. 接通电源和气压。2. 打开电脑、网络分析仪、转台控制器，监视器。3. 打开微波暗室的气压门，打开暗室内灯，将待测治具放入微波暗室,a.测试E面，手机按下图连接放置，通过测试软件将发射天线调整到垂直状态，

17、见下图b测试H面，手机按下图连接放置,通过测试软件将发射天线调整到水平状态，见下图4打开测试软件，选择需要测试的频段，开始测试。5测试完毕，保存数据，参考标准天线数值，计算出增益。三、操作后1 测试完毕后，打开暗室门，取出治具，关闭电灯和门。2关闭电脑、网络分析仪、转台控制器，监视器。暗室对天线调试极为重要，因此新人在操作前一定要先经培训，不可擅自操作和修改 参数，以免程序出错。2.3 200的使用200的功用很多，目前我们主要用来测试天线的发射功率和接收灵敏度。测试时，将发射天线的接头连接到200 ,将测试卡放入手机后进入暗室开 机。待找 到测试网络后，与200建立连接（可以采用手机直接呼叫

18、112建立连接，也可以由200中 的来呼叫手机），成功连接后将手机放置到接收天线的转台上，方向如下图所示。此时，测试的是1的最大辐射方向的发射功率和接受灵敏度。建立连接后，在视窗中 可以观察和。1. 首先，要进行测试前的补偿调整。（1）在900时，显示值固定为33,（） 中显示当前某信道的发射功率。通过调整输入补偿，使得当前某信道的发射功率为33 3,各个信道间的功率浮动不能超过2。调整步骤： 先按，再按，最后按。（2）按,，中显示60.00冲显示（）。通过调整输出补偿，使得各个信道的显示值接近-60.00o调整步骤：先按，再按，最后按。（3）1800与900的补偿方法一样，不同之处在于显示值

19、固定为30。2. 在补偿结束后，可以通过的来改变信道，获得相应的（）和。3. 灵敏度测试按，再按，可以进入灵敏度测试的窗口。通过的来改变信道，的来改变灵敏度数值。当 测试完相应的后，W2.4时的即为改信道的灵敏度值。测试1800,我们一般采用将转台 转30。,使得测试到的上的最大辐射方向的灵敏度。900与1800的转换：按,再按，最后按，就可以完成转换了。3.研发流程图 手机天线的研发有完整的流程，可在公司程序文件中察看。下面将研 发过程大致介绍：(1) 客户要求我方进行某机种手机天线研发，提供大致天线结构图纸和天线 数据资料，包括频段，匹配等。经我方和工程师研究确认可行后，通知业务立项。(2

20、) 业务发出立项申请，签署后由发给相关工程师。(3) 工程师设计出图，审核后交由工程部找供应商开模。工程师根据天线尺寸设计线 圈，出图申请(公司现有大量各种线径线圈，一般先用现有线圈代替调 试，大致确认后再 出图打样)o(4) 模具完成后，开始制样。工程师未拿到手机前，先出结构样，确认结构和可靠 性。工程师已拿到手机，需尽快调试出频率和结构样，数据整理成报告，样品和报告交 给，送给客户。(5) 工程师将调试结果整理记入项目状态表，以备查询，同时密切配合业 务，等客 户反馈消息。(6) 收到客户反馈消息后，及时根据反馈制定改善措施，改善后继续送样。重复上述 过程，直至客户承认。(7) 得到客户反

21、馈承认消息后，工程师需尽快提供承认书；察看项目状态表，将承 认状态的线圈出图打样，检验合格后做样品承认；将承认样品和频段参数提供给生技工 程师，制作简易治具。(8) 准备线圈，由主导，配合其他部门工程师准备试生产(9) 试生产合格后，将版线圈转成版，交由发行。4. 新到手机的处理天线的调试需要客户提供手机，我方制成治具后方能进行调试， 灵敏度的调 试更需要客户提供能正常工作的手机和充电器。为了保证手机的保管和双方 的利 益，特别规定了对手机的管理规定。(1) 新到手机必须交登记，记录手机状态(包括机板，手机，电池，充电器，附带相关 资料等),然后由相关负责工程师领取保管。(2) 工程师领取手机

22、后，供调试用的尽快做成治具，放到治具柜统一保管；测试灵敏度 的手机放到自己文件柜保管，柜子注意上锁，特别是下班后必须锁上。(3) 治具柜每天早上开锁，工程师向研一助理登记领取，调试完毕后归还，助 理每天下 班时提醒工程师归还治具。(4) 工程师每天调试完后治具第一时间归还，每天下班后再次确认。需加班用的治具应 在加班后锁进自己的文件柜，第二天上班归还，绝不可随意丢到试验室 或自己办公桌 o(5) 公司其他部门如用治具，需找相关工程师，由工程师提供，不准私自到文件柜拿 取。(6) 工程师绝对不允许将能正常工作的手机借给其他人使用。(7) 需归还客户的治具，首先将治具上的磁环剪下放回实验室抽屉供下

23、次使用，然后交 回登记，通知相关人员领取归还。请大家严格按照此规范执行5. 治具的制作工程师拿到机板或手机后，要尽快制成治具，完成调试提供样品。治具的优 劣对 调试的精确度影响很大，所以治具的制作一定要认真精确。下面以完整手机为例将制作 治具的过程简述如下：(1) 1程师从领取手机后，首先拆开手机，察看机板的设计和前后盖设计，主要注意 以下几点：是否缺少做成治具的器件，比如有时客户忘记焊弹片或装螺 母；机板设计是 否有缺陷，比如天线附近有大的金属器件(振动器等),这些器件 会影响天线的频率；前 后盖是否有喷涂，特别在天线周围不能有喷涂，否则会对频率有极大影响，应刮除。下 面有一些图片供大家参考

24、：PCB1Qb设计 k案-a手机的屏截部分处理注意事項:(2) 确认无误后，察看匹配电路形式和测试点焊接位置。匹配电路一般为L型或八型，分清并联和串联。测试点一般为匹配后的连接点(如果客户指定测试点，则按客户要求)，将焊掉后，可看到测试点的准确位置。如果离匹配太近，影响匹配 调试时元件焊接，也可将后的元件焊掉，直接将后端连接线点作为测试点。红线箭头所指为。(3) 确认测试点后，要合理规划线的焊接路径，原则是尽量少破坏主板上的元器件, 不能去掉和前盖连接的卡钩，线不易弯折太大，弯折角度要圆弧形，不能直角弯折，线 的焊接路径上要有足够的地要来焊接，屏蔽罩取下后要保留，最后再装上去。确认好 后，用电

25、热枪将路径上的元器件吹掉，将路径上的地刮好(绿漆要刮除),涂上助焊剂， 焊上一层锡。(4) 制作线：剥出线约3左右的芯线，涂上焊锡，插入接头的芯线中，焊接牢固， 不可拔出。然后插入接头，把的外层导体和的外导体焊接。用万用表测试芯线不能与外导 体短路。(5) 在线上套入24个磁环，然后根据在主板上的焊接路径确认的长度，原则是治 具完成后露在手机外的上都要有磁环。(6) 剥出另一端的芯线2左右，然后把上除去磁环部分的外导体铜层刮去铜锈，焊 上一层焊锡，表面要光滑，不能有毛刺。(7) 把做好的线按照预定路径紧贴在主板上，在地的部分把两者焊接，焊接要牢固， 光滑，不能有毛刺，一般焊接三处。(8) 把剥

26、好的芯线压低，靠近测试点，用焊锡连接。接到网络分析仪上测试 是否有信 号(随意拿一颗天线接触测试)o(9) 把做好的主板放入机壳，(有屏蔽罩的要放回屏蔽罩，)盖回后盖。这个过程中 凡是机壳和机板上的有干涉的地方要剪除，使能正常的从机壳中穿出。以上就是治具制作的全过程，新人要在资深工程师的指导下练习完成。6. 天线的调试天线的调试是个复杂的过程，有常用的方法规律，也有时候不依常理，所以需要 精确判断，灵活思考，经验的积累至关重要。下面以最简单的天线为例，简单介绍调试的 方法。(1) 从领取手机，按照本文所示方法做成治具。模具完成后，由研二部相关 工程师填 写调试制样申请单，交由制样员通知工程部架

27、模。(2) 手机天线一般都是1/4入天线，所需要的线圈长度很短，天线的尺寸空间足够 用。我们在调试时，线圈采用大的单节距线圈。先打几个样品测 试，频率偏低就 剪短线圈再调试，频率偏高就另找圈数多的调试。这种调试适用于任何频段的天 线。(3) 线圈调试的另一种方法是调整节距。一般来说，将节距拉大，频率会偏 低；将节 距压缩，频率会偏高。但少数情况下规律会变化，特别是有顶 塞的天线，因此在 调试时要多观察，留意变化的规律，灵活运用。(4) 手机的匹配调整比较简单，很多手机没有匹配，这时只调整线圈，调整到最佳状 态即可。如需调整匹配，先把线圈的谐振调整到最佳，然后调整串联元件，电容 电感都可。在单串

28、联元件无法调整到50欧姆的情况 下，可在第一级并联元件处 并联电感(不能并联电容，否则可能被静电击穿)。调整匹配时，线圈，串联和 并联都可能要随时调整，不能只紧盯一处，要全盘兼顾。(5) 因为的1/4入很短，有时线圈用的圈数很短，这时可以考虑不用线圈，直接将固 定座加长到最长，直径最大，代替线圈调试。调整方法和线圈一样，偏低就剪 短，偏高就想办法加长。用固定座的方式一是可以节省成本，二是频率稳定，不 良率低。手机的调试虽然简单，但初次调试也要仔细，有问题及时向负责指导 的工程师请教，特别是匹配的调整，要多多练习，积累经验。在能熟练调整手机 的前提下，再调试双频及多频手机，逐步提高。7. 数据报

29、告和承认书手机天线调整完毕后，要根据样品统计测试数据，整理成报告。一般报告中需要 统计的数据图纸有回损，驻波，,匹配图，增益，方向图，有时根据客户需要加上灵敏 度数据。在客户承认样品后，我们需要提供承认书给客户，承认书除了报告上需要提 供的数据图纸外，还要加上我们量产时的标准()，结构方面的天线示意图，可靠性报告等资料。报告和承认书有范本可以参考，下面简单介绍一些需要注意的地方:(1) 报告的范本一般是其他机种的报告，所以首先用编辑菜单中的全部替换功 能将客户名能，机种名称，料号，频段等替换成所写报告手 机的资料。特 别是报告中各种数据表上的机型号和频段，频点一定要注意改过来。(2) 报告的首

30、页除了上述需要替换的内容，还要更改日期。如果是承认书，还 要加上客户签准的表格。(3) 正文开始是项目简述，主要是展示我们的治具，所以要先为治具照像，将 相片插入文件。(4) 第二部分是讲述我们的测试方法和过程，属于标准格式。匹配部分要插入 我们调试出的匹配图。如果匹配没有改动，要写明是客户机板原有匹配。(5) S11图要写明客户机型，频段，频点，将后面图片上的数据填入表 格。(6) 增益部分一般只统计E1面的,如果客户有需求，可测试E1,丘2和日面 的数据，和(平均增益)。在增益表格后插入场图。(7) 承认书在上述几项完成后，第三部分为我们量产时的驻波标准。一般双频 或多频天线，我们量产时的驻波标准为样品驻波加上0.5。手机一般驻波 都可达到13以下，所以标准为驻波下于1.5,但有时 样品驻波在1.5左 右，这时标准参考双频时的标准，即样品驻波加上0.5 o(8) 承认书的第四部分为可靠性测试方法简述和测试报告，由工程师完成。(9) 报告在完成后给主管，检查有无错误或遗漏，然后发给处理。承认书由助 理整理，封面由负责工程师等签字后，统一交给发行。8. 线圈的打样和承认我们目前调试采用的材料主要是线圈和，调试需要不断的调整其结构，因此要出 图打样。在客户承认样品后，我们还要根据承认的样品频率，出确认版线圈， 确认后改成正式版发行。下面把线圈的一些注意事项简述如下：