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移动电话的微型天线设计

发布时间:2010-2-5 下午1:51

作者: jiangliu5089

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???? 随着手机产业的发展,从功能面转向造型与时尚风之后,整合于手机内部的隐藏式天线已经成为实际上的天线架构主流,而即使为了要求手机的造型目的,而必须让天线藏身于机壳内部,屈就于狭小的PCB上,而不能往外伸张,但是天线的目的依旧不变,为手机提供最清晰的无线通信信号、GPS信号或电视信号(视乎整合的功能),隐藏式天线在天线主类的选择,以及相关布线的技术,与天线本身所能发挥出来的信号清晰度息息相关。
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▲图说:传统的外露式天线设计,现在已经逐渐少见。(资料来源:advencedem.com)


▲图说:手机已经全面走向内嵌式天线设计。(资料来源:Motorola)

 不过由于通信的需求,信号强度必须维持在一定的水平之上,但是在手机外型大幅改变,以及天线改为隐藏式的趋势之下,天线的设计势必也要跟着变动,才能提供可接受的信号水平,并且还要兼顾高效能、低辐射、小尺寸以及好搭配这几个特性,方能成为成功的设计。

 当然,目前需要天线的移动装置已经不只有手机一种了,包含移动电视、GPS等等,都需要借助成功的天线设计,来达到最佳的效能,而目前整合式的产品也越来越多,为了兼顾功能性与体积,具备更小体积的天线设计,也是天线设计者所面临的最大挑战之一。根据预测,到2008年,一般手机将可内建3、4个天线,借以符合包含手机通信、Wi-Fi、蓝牙、GPS甚至数码电视信号的接收与发射,而未来不同规范的无线标准将会越来越多,少数低功率无线传输标准也有可能进驻手机,加上更多不同的应用需求,天线与天线之间的搭配组合,并进而避免天线之间互相的干扰,甚至不同应用的天线的整合,都将会是未来的设计重点。

 设计天线时的考量参数


▲图说:一般手机的PCB元件布线。(资料来源:wppltd.demon.co.uk)

 一般在设计天线时,首先考量的便是等效全向辐射功率(EIRP)、阻抗带宽、辐射效率以及增益值等等。针对产品需求的特性,并且对尺寸、效率以及弹回耗损比值、辐射场型,分别达到配合主体产品的可造型化、省电性,并且有效提升传输速度以及传输效率。

 以台湾市场主流的WLAN天线为例,WLAN是一种具备了使用窄频收发天线、具备高速传输以及高增益天线等特性,具备WLAN功能的移动装置也已经有逐渐增加的趋势,除了智能型手机、PDA以外,连MP3随身听也都赶来差上一脚(微软的ZUNE随身听就具备了WLAN功能)。一般我们可以在产品上看到的WLAN天线可分为以下数种:偶极天线、芯片天线、PCB微带天线等。在实际设计上,WLAN的天线通常都会以最基本的镇列形式呈现,借以增加所处空间的信号收发效率。

 ■全频化

 WLAN的室外AP指向天线必须要同时具备高效能、长距离、全方向、全频段收发的特点,而室内AP指向天线则是注重多频段的兼容性、尺寸、以及隐藏式外在设计,并且要尽量避免与其它无线产品的电磁波产生互相干扰的状况。而未来通信方式将更为紧密、全方位的方向发展,一般固网、无线网络、无线通信等都将进一步整合,甚至互通,因此多频多模手机或其它手持装置就必须要具备更宽阔的频段。

 ■极小化


▲图说:3G手机的天线模块。(资料来源:Antenova)

 由于手持装置的功能越趋复杂,尺寸却反而要不断缩小,由于芯片工艺的进展有其限制,在矽芯片微缩已趋极限的状况之下,便只能要求天线机构的更进一步缩小,以利整体造型的小型化发展。在这方面可以有几个解决方案:

 1.微带天线-可以采用PCB工艺来生产,因此可以和系统机构进行更进一步的 整合,且同时能够解决阻抗匹配的问题。

 2.平面印刷-电天线则是具备了体积小、厚度薄、重量轻以及低成本的优点,在安装上也较其它天线架构简易许多,除了应用层面广以外,也可以轻易的配合不同外在构型而来改变布线的形状。

 3.芯片天线-由于此种架构的天线是利用多层陶瓷技术所发展,因此适合高频通信,而进一步量产之后,也能有效的降低成本。

 整合射频前端模块单芯片天线-这种天线架构是利用标准封装工艺制造,具备了高整合性、隔离性佳,并且在散热与辐射方面也有不错的表现,此种技术被普遍的应用在Wi-Fi、WiMAX、GPS、GPRS等等产品之中。

 由于追求极小化是天线产业的共同目标,业界甚至以革命来形容这样的发展态势,过去外露的杆状天线、碟状天线在移动装置上已不复存在。

 ■智能化

 由于通信基地台的传统天线有固定的响应频率以及信号涵盖范围,由于频道相当拥挤,且环境、地貌、建筑物等的不同,都会造成信号的多重路径衰弱,这会引起通信质量低落,导致系统的效率不佳。智能型天线的概念源于适应性天线阵列以提升空间资源的运用来达到提升信号干扰比的目的,并且同时也具备了消除干扰、自动波束调整等机制,从而达到提升频道效率、加大系统容量,并且有效的拉抬通信质量。

 手机天线的设计趋势与技术

 随着手机产业的发展,从功能面转向造型与时尚风之后,整合于手机内部的隐藏式天线已经成为实际上的天线架构主流,而即使为了要求手机的造型目的,而必须让天线藏身于机壳内部,屈就于狭小的PCB上,而不能往外伸张,但是天线的目的依旧不变,为手机提供最清晰的无线通信信号、GPS信号或电视信号(视乎整合的功能),隐藏式天线在天线主类的选择,以及相关布线的技术,与天线本身所能发挥出来的信号清晰度息息相关。

??? 佰祥电子有代理antenova的多频天线,做智能机和3G项目的客户如有遇到天线效率低的问题可以联系我,大家互相交流交流。张磊13728746934??? join@fortuntech.com
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