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华禹培训总结技术精华(手机PIFA天线直观的理论分析)

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楼主
lldwsw|  楼主 | 2010-5-8 17:22 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
原创,转载请注明
手机天线常用三种:
1:螺旋天线,以前常用,突出一个头的外置,现在很少见。
2:PIFA天线,最常用的主流天线,NOKIA等常用

3:单极性天线,主要在MOTO V3、V6上使用
本文主要讲解第二种类型,PIFA天线。
PIFA天线,大家首先碰到的第一个问题就是,馈点2与地馈点怎么是短路的,注意看下图,2,3脚是短路的。

在很多人脑子中,螺旋天线和单极性天线比较好理解,就是1/4波长原理,其中一个馈点就是螺旋或者单杆,另外一极就是地了,他们的场结构非常简单,如下图,就是,可以简单等效为一个LC谐振回路,其中C特别小,一个一个的谐振回路耦合上去,最后电磁场释放到外部。

那么PIFA天线对应的模型应该是如何的,如何解释馈点与地的短路,这个对射频,尤其是天线设计者来说,是很重要的,理解了这个,他们就可以摆脱机械的操作。说实在,现在的天线设计者,绝大部分对天线一无所知,除了几个指标,比如驻波系数比,功率等级,方向性等。其他的就是实验,按模板不停的修改天线,直到出来效果即可,原理他们完全不懂。

PIFA天线等效图如上,由L2与C1构成一个偏向电容性的谐振,之后与L1电感谐振,这样大家就可以理解为什么馈点跟地看上去短路了一样。
说穿了,就是通过L1,L2,C1把传输线过来的能量升压到C1上,之后利用C1这个场空间把电磁场能量释放出去,所以对C1来说,必需要求上面的铜皮跟地之间有一定的高度,一般不小于7mm,最少不低于5mm。
为了提高天线频带,往往再引入C2,也就是第一个图上面的第一脚,也就是引入一个地,这样让电场有更广泛的辐射。
学员中小郭提出,为什么手机板短的信号一般不如手机板长的信号号,比如说有些手机板,之后5CM长,信号就不如11CM长的手机板天线更容易调试,这个其实可以用PIFA天线的场结构非常好的解释,因为手机板长的天线,C2范围特别宽,对应的电场波长也比较长,更容易辐射GSM 900MHz的信号出去。
{此外小郭又提出,问什么PIFA天线稳定性好于单极性天线,但灵敏度低于单极性天线。
这个比较容易解释,因为PIFA天线的电容相对于单极性天线来说大很多,也就是说能量在谐振腔中更多,外界不容易干扰,也很难改变PIFA天线的阻抗,所以稳定性比单极性天线强,但恰恰因为它的电容太大,导致外接的相同的能量进入,在PIFA天线上产生的电压变化,远远不如单极性天线大,所以灵敏度低于单极性天线。
这个用了这个么例子,相同能量下谐振,
1uF电容与1uH电感             0.1uF电容与10uH电感
根据电容能量公式:1/2*C*U*U,电容小的这组谐振电压是电容大的这组谐振电压的SQR(10)以上,也就是3.16倍。用这个例子就比较清楚的反应了稳定性与灵敏度的关系。}
注:大括号中的观点是错误的,从能量来说,单极性与PIFA灵敏度是一致的,谢谢网友指出,所不同的是两者带宽不同导致的,不过如何证明PIFA天线的带宽小于单极性天线需要进一步思考。

通过这些的解释之后,进一步阐述了不接地的金属对天线的影响,因为天线旁边一般都有镀金属的装饰件,或者是喇叭之类的很多,这些对天线都有很大的影响,那么设计天线的时候,就需要考虑这些因数。
大家知道电磁场不能穿过金属,所以金属对于电磁场类似镜子,会反射,当天线附近有不接地的金属的时候,电磁场将会被反射回来,导致手机能量无法辐射出去,严重的导致PA电流变大,I/Q信号被干扰,相位误差,杂散等提高,为了降低金属对天线的这种严重的影响,往往需要把此类金属跟主板地连接起来。问题是,为什么接地能够降低影响?
还是从皮法天线的场结构说起,接地,就是类似C2,参与了天线电磁场的谐振,延伸了电场结构,而不是反射了电磁场,上面提到的长主板就是其中的一个典型例子,但若没有接地,就是反射电磁场,那么不仅仅这个方向的能量无法辐射,同时也影响了整个天线的匹配,就算天线厂家把这个影响考虑进去,也不见的能够调试出好的天线来。
这个时候,周锋就提到,以前那款蜘蛛侠的机器,电池上因为包的是导电的膜,导致天线信号很差,就可以很好的用这个解释,以前想不通的,这样就能相通了,这个原因很简单,本身蜘蛛侠的机器是直板长条行机器,天线调试的时候,电池外面没有包导电膜,虽然电池有铝壳,但因为是正极电源,等价于接地,延伸了电场结构,GSM 信号也很好,但因为包了一层不接触的导电膜,完全反射了电磁场,无法延伸电场结构,所以信号很差。

这次的培训,射频方面不仅仅给大家讲明白了这些基本的东西,也让自己更加理解了天线的各种细节问题。
我们无意追求理论上高深的解释,而是希望用一个合理的,简单,看得到的解释来解释手机开发中的一些特性,指导我们开发设计。

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沙发
huayu_shenzhen| | 2010-10-25 11:50 | 只看该作者
好文,顶一下。

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板凳
yangfan18| | 2010-10-29 22:32 | 只看该作者
如果直接下载下来就好了

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