多频智能手机天线设计--《华南理工大学》2012年硕士论文
多频智能手机天线设计
【摘要】：随着移动通信系统的发展，移动通信终端——手机，也向数字、多模、多频以及智能化发展。特别是21世纪以来，多频智能手机得到了快速的发展。天线作为发射和接收电磁波的装置，是手机中的重要组成部分。因此其未来的发展趋势必将是内置化、多天线、小型化、多频段和新结构及新工艺。
文章将首先介绍了天线的基本理论以及手机天线的有源参数及测试方法，然后对广泛应用于智能手机中的平面倒F天线(PIFA)的演变进行了详细研究，重点分析了在手机PIFA天线的各种特性，并介绍了PIFA天线小型化、多频带的各种方法。
本文采用的设计方法为仿真与实践相结合，先采用ANSOFT公司的三维电磁仿真软件HFSS对PIFA手机天线的结构进行了仿真与调整优化，再根据仿真得到的结论与规律，设计加工制作实物天线，用实测结果验证仿真结果。最后，论文将针对当前智能手机天线研究设计的热点和趋势，设计了两款天线：一款是应用于GPS和蓝牙/WiFi的双频一体化天线，最终实测性能达到实用要求；另一款工作于四个频段（GSM/DCS/PCS/WCDMA系统），利用网络分析仪测量其特性曲线，利用暗室测试其有源参数，整机通过OTA（Over The Air）测试，最终能用于商用的四频小型化智能手机天线。
【关键词】：
【学位授予单位】：华南理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TN929.53;TN828.6【目录】：
摘要5-6Abstract6-10第一章 绪论10-23 1.1 引言10 1.2 移动通信系统发展历程10-13 1.3 移动终端及天线发展历程13-20 1.4 智能手机天线的发展趋势20-21 1.5 本文的内容安排及组织结构21-23第二章 天线的基本参数及性能测试23-45 2.1 引言23 2.2 天线的基本参数23-27 2.3 手机天线性能测试27-42
2.3.1 手机天线的无源测试和有源测试27-28
2.3.2 OTA 测试28-33
2.3.3 微波暗室的仪器与设备33-35
2.3.4 SAR 测试35-37
2.3.5 HAC 测试37-42 2.4 手机天线仿真的数值方法及软件42-44
2.4.1 常用数值计算方法42-43
2.4.2 所用仿真软件43-44 2.5 本章小结44-45第三章 手机PIFA天线的特性研究45-60 3.1 引言45 3.2 PIFA 天线的演变45-48
3.2.1 从微带贴片天线演变而成46
3.2.2 从单极子天线演变而成46-48 3.3 PIFA 的特性分析48-55
3.3.1 谐振频率48-49
3.3.2 高度的特性49-50
3.3.3 品质因素 Q 值的特性50-51
3.3.4 地板长度的特性51-53
3.3.5 方向图的特性53-55 3.4 PIFA 天线的多频技术55-57
3.4.1 多天线55
3.4.2 加载缝隙形成多支路55
3.4.3 多枝节55-56
3.4.4 短路寄生单元56-57 3.5 PIFA 天线的小型化技术57-59
3.5.1 高介电常数57
3.5.2 利用弯折达到缩小体积57-58
3.5.3 加载技术58
3.5.4 利用槽缝来达到延长电流路径58-59 3.6 本章小结59-60第四章 多频手机天线仿真与结果60-85 4.1 引言60 4.2 双频 PIFA 的仿真与研究60-66 4.3 GPS 和蓝牙/WIFI 一体化双频 PIFA 天线设计66-71
4.3.1 设计的要求与制作66-67
4.3.2 一体化天线实际应用测试结果67-69
4.3.3 一体化天线的仿真结果及对比69-71 4.4 三频手机 PIFA 天线仿真与研究71-77
4.4.1 对于天线左边部分进行加长加宽73-74
4.4.2 对于天线右边较长部分进行加长74
4.4.3 对于天线右边较长部分进行加宽74-75
4.4.4 对于天线右边较短部分进行加长75-76
4.4.5 左右部分之间的缝隙加宽76-77
4.4.6 结论77 4.5 手机模型及四频天线仿真77-79 4.6 四频 PIFA 手机主天线的制作与测试79-84
4.6.1 天线指标及实物79-81
4.6.2 无源测试81-82
4.6.3 有源测试82-83
4.6.4 实测方向图83-84 4.7 本章小结84-85第五章 手机天线的设计流程及注意事项85-91 5.1 引言85 5.2 智能手机天线设计流程85-86 5.3 PIFA 手机天线三维结构评估86-87 5.4 未进行评估而设计失败的具体实例87-89 5.5 其他注意事项89-90 5.6 本章小结90-91第六章 总结与展望91-93参考文献93-97攻读硕士学位期间取得的研究成果97-98致谢98-99附件99
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京公网安备75号如何应对多频手机中的天线设计问题？
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如何应对多频手机中的天线设计问题？
现在手机中的射频信号通道越来越拥挤。蜂窝电话已经从双频向三频甚至四频快速发展。这些复杂手机还需要处理来自外围无线设备的各种信号，如蓝牙、Wi-Fi和GPS。而随着WiMAX和LTE()的加入，这种复杂度将越来越高。在移动电话中，开关控制着天线接入所有这些无线信号，实质上起着网守的作用。设计面临着很大的挑战，因为所有这些信号工作在不同的带宽，而且它们都需要接入天线。为了取得最优的性能和外形尺寸，它们最好能通过单个射频开关接入天线。对开关制造商来说，这意味着从单刀四掷(SP4T)相应发展到SP7T甚至SP9T配置才能处理越来越多的信号。这种先进的开关需要能够处理由宽带CDMA(WCDMA)和低功率I/O无线设备带来的额外移动通信频段的接入。可以预期的是，手机复杂性会越来越高，要求能够处理更多频段的信号。市场将至少标准化七个频段，并且要留出一个空间给第八个频段()使用。即使今后发生合并，射频电路中由于合并留出的空间也会很快被越来越流行的、也需要接入天线的外围无线电设备和功能所挤占。为了支持互联网、多媒体和视频，3G移动手机市场已经转向WCDMA。相应的GSM也演变成GSM/WCDMA双模技术。为了满足全球需求，目前的GSM手机最多有4个发送(Tx)和4个接收(Rx)通道。增加WCDMA后每个新的频段都要增加另外一个Tx/Rx通道。目前的移动手机设计倾向于采用4xGSM(850、900、MHz)和3xWCDMA(850、MHz)前端。因此，手机复杂度已经达到空前的水平。多频手机中的任何设计折中都要求满足或超过所有标准提到的性能等级。一般情况下，多模多频的移动手机使用单个功放模块来处理四频GSM/EDGE信号。另一方面，每个WCDMA频段需要使用它自己的独立功放。因此，具有一个WCDMA频段的四频GSM手机至少需要一个单刀六掷(SP6T)开关来管理所有的信号通道。当然，设计师也可以使用一个双工器和两个SP3T(流行的GaAs配置)，但与使用单个SP6T开关相比这种方法将产生较高的插入损耗。射频设计师需要特别关注插入损耗，因为它直接影响功放的功率附加效率(PAE)。GSM功放的最大饱和功率一般是3W，平均PAE是55%。必需达到这个效率水平才能确保较长的电池使用时间，因为手机总电流的一半用在功放上。鉴于此，设计师需要将保持功放的PAE定在最高优先等级。一些早期的多频WCDMA/GSM手机使用独立的WCDMA和GSM信号链，并采用独立的天线和无线设计。尽管这种方案在原型和第一代设计中非常有效，但市场需要具有更高性价比且节省空间的方案。显然，业界要求集成式ASM能够处理7个甚至9个信号。 图1：IP3与器件的三阶交调失真(IMD3)性能有关。
针对这个需求，业界开发出了SP7T开关来支持具有1个WCDMA和4个GSM频段的手机架构。例如PE42672就是采用UltraCMOS工艺技术开发的单片SP7T，它能提供+68dBm的三阶交调截取点(IP3)，这个线性度性能值可以满足3GPP IMD3规范兼容的手机设计和高效的射频前端要求。IP3与设备的三阶交调失真(IMD3)性能相互关联，这些相位上的指标如图1所示。SP6T开关是开关架构方面的最新成果之一。经过配置它可以处理多个频段的WCDMA、GSM和外围无线设备。例如图2所示的开关可以处理三频段的WCDMA，并提供到双工器和3个功放模块的通道(每个WCDMA频段要求使用自己的功放和双工器)。这个开关还能处理只有单个功放模块与之相连的四频GSM/EDGE(包含2个功放芯片)。从实际效果看，这个设备必须通过受简单解码器控制的单个开关传送5个高功率信号。 图2：SP9T正在处理三频段的WCDMA，它提供了到达双工器和三个功放模块的通道。随着多频段架构的普及，对功放和相关滤波器的数量提出了严格的要求。事实上，对功放的技术要求没有变化，但手机设计需要使用更多的功放。因此真正改变的是需要一个特别高效的方法将所有射频信号传送给天线-单片开关。手
机中增加的频段越多，对开关的技术要求就越高，而且WCDMA的线性度和谐波要求对器件性能也带来了很大的压力。通过利用UltraCMOS制造工艺的线
性优势，图2中的单片PE42693
SP6T可以保持其前代SP7T开关+68dBm的IP3，而且IMD3性能超过业界标准的-105dBm(图1)。SP6T功能可以用GaAs器件实现，但它需要额外的器件，例如CMOS译码器和驱动器，这将极大地影响所需I/O的数量。对要求高度线性和隔离的5个高功率端口来说挑战尤其艰巨，因为I/O数量越多，线的耦合和粘合的可能性就越大。图3：UltraCMOS SP9T不需要片外ESD器件或线性度增强匹配器件。黄框代表译码器，蓝框代表ESD，绿框代表电压生成器。
着多频段手机越来越流行，对高集成度、小型天线开关的需求也越来越迫切。UltraCMOS
SP7T开关现在已经开始批量生产，SP9T也在2007年底投入批量生产。在外形方面，GaAs
SP7T为1.6x1.5mm，而采用SOS工艺SP7T开关只有1.2x1.0mm，面积缩小了一半。目前的GaAs E/D
pHemt或J-pHemt SP9T开关外形尺寸为1.9x1.5mm。与之相比，采用UltraCMOS
0.5μm工艺制造的SP9T外形尺寸为1.7x1.1mm(图3)，它不需要片外ESD器件和性能增强匹配器件。UltraCMOS发展规划预计
0.25μm版本的SP9T尺寸将达到1.32x1.29mm。缩小尺寸的另外一种方式是将开关倒装在结实的低温共烧陶瓷(LTCC)基底上，无需占用以前线绑定所需的面积。目前晶圆级芯片尺寸封装正在开发中，它所生产的UltraCMOS开关可以如同标准表贴封装那样处理。在
使用UltraCMOS制造的开关后，设计师可以省去其它开关技术要用到的译码器、隔直电容和双工器。配合芯片尺寸封装技术，这种工艺可以显著减小ASM
的尺寸和厚度。另外，其固有的ESD容差和单片CMOS接口可以简化实现和使用。UltraCMOS工艺的极高良品率和增加开关方向的灵活性可以使未来新
一代的手机具有更高的集成度，能够解决多频段手机体积缩小所带来的挑战。多模多频段GSM/WCDMA手机的技术要求已经超过了传统RFIC技术(如GaAs)的极限。受这些超高性能要求影响最严重的是天线和射频开关。虽
然本文主要讨论的是天线开关，但关键是要认识到对系统天线的显著影响。天线必须能够高效辐射从800到2200MHz的信号，在微型天线允许的外形尺寸下
这是一个相当艰巨的任务。目前业界正在寻找新的技术来解决这个问题，考虑到天线匹配问题，可能使用开关和集总调谐元件。总之，射频开关必须能够切换最多9
条大功率射频信号通道，并且要具有低插损、高隔离和线性度。作者：Rodd Novak行销副总裁Peregrine公司
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TA的最新馆藏附近人在搜什么
iPhone新专利设计 和丑陋的天线边框说再见
　　也许你已经习惯了iPhone 6/6
Plus背部粗大的塑料条，但不要忘记，第一次人们看到这种设计时，反应几乎是一致的：太丑了。的确，塑料条的实际意义远大于装饰，因为这里集成了iPhone的天线，只有塑料材质才能够让信号实现良好的接收和发送。显然，这种设计方式并不符合苹果的完美主义，所以看样子苹果正在通过一些方式来改善这种情况。
　　据Business
Insider报道，苹果近日申请了一份新的专利，描述了一种新型的复合金属材质，该材质的外观和触感与阳极氧化铝几乎一致，但却拥有信号穿透的能力。也就是说，未来iPhone将采用全金属材质，但手机信号不会减弱。
　　许多计算机及移动设备都采用金属材质，获得更美观和耐用的体验。但同时，由于金属材质本身的信号屏蔽特性，导致设备无法正常收发无线信号。此外，金属通常是一种高电容材质，并不适应于电容触摸板等产品，所以普遍采用了金属与玻璃、塑料材质结合的设计方式。遗憾的是，金属与其他材质的质感拥有鲜明差别，导致产品设计的整体性遭到破环。而苹果新型专利则阐述了多达20种不同的方法，包括将部分金属转换为金属氧化物层等。
　　显然，苹果正在尝试多种方法，来真正解决设计上的问题，至于最后将如何实现还不得而知。有趣的是，苹果也在专利描述中提到了笔记本电脑的触摸板，这意味着未来MacBook也有可能采用全金属触摸屏，而非目前的电容玻璃。
　　当然，由于该专利上周才出现在美国专利局网站，这说明今年的新款iPhone很大程度上仍会采用传统的天线边框设计，我们还需要等上一段时间才会看到更漂亮的iPhone。SATIMO暗室中的23枚天线是什么天线呢 - 手机天线设计
易迪拓培训,专注于微波、射频、天线设计工程师的培养
SATIMO暗室中的23枚天线是什么天线呢
SATIMO暗室中的23枚天线是什么天线呢
介绍中说是probe arrays，想问的是这是一种什么形式的印刷呢，何以能覆盖0.4-6G的频率范围，并且是dual polarization同上 求解 请高人顶贴horn!谢谢，horn是可以达到超宽带，但是低频400M的话尺寸很大啊。document里说的是一对特制的印刷，没有说具体形式。我拆过，双极化的天线，具体什么天线形式没看出来看Radiated Pattern, 应该是dipole antenna 4月份会有新的探头过来，顺便问问，学习下
申明：网友回复良莠不齐，仅供参考。如需系统了解手机天线设计，可以学习业界专家讲授的。
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