GSM手機(jī)外置天線的原理及制做

　　摘　要：手機(jī)在人們的生活中起著越來越重要的作用，而手機(jī)在發(fā)送接收信號(hào)時(shí)性能的好壞，一定成度上取決于射頻電路天線部分的設(shè)計(jì)。介紹了GSM頻段手機(jī)外置天線的原理和電氣特性要求，及依據(jù)天線工作原理工廠對手機(jī)天線的檢驗(yàn)方法。

　　關(guān)鍵詞：外置天線；EGSM；DCS

1GSM手機(jī)外置天線的原理

　　手機(jī)天線對整個(gè)手機(jī)來說是一顆機(jī)構(gòu)電子料，他的外觀同工業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)系。這里著重講述 手機(jī)外置(exposed)天線電氣方面的原理及制做。

　　當(dāng)電能量加到并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)就會(huì)電能量，且頻率F與電磁波頻率一致時(shí)，產(chǎn)生電能量相對最大。手機(jī)天線就是運(yùn)用這樣的電氣原理，為了更好地發(fā)送和接收電磁波，將并聯(lián)諧振回路中的電容兩個(gè)板極打開，以電感為振子。電容性以分布容性實(shí)現(xiàn)，因中國的全球通波段和歐洲一致，EGSM(低發(fā)高收880~915 MHz及925~960 MHz)加DCS(發(fā)1 710~1 785 MHz，收1805~1 885 MHz),總對天線來說要求DualBand(880~960 MHz,1 710~1 880 MHz)。故電感為一個(gè)有兩種疏密度的線圈，以滿足兩波段頻率發(fā)送接收的需要。



　　若是做三頻天線，因PCS 頻段與DCS頻段接近，只需在DCS頻段上擴(kuò)展就可以。調(diào)節(jié)手機(jī)天線電氣性能時(shí)，需要一只最終定型的手機(jī)（所有其他部件不再會(huì)改變）制作手機(jī)天線測試工具，在其天線連接的部位引1根鋼管線出來安裝SMA頭。通過接校準(zhǔn)過單端口S11參數(shù)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Aginlent8753來顯示天線在兩個(gè)頻段的S11特性，應(yīng)該在有用頻段內(nèi)小于-10 dB, 測試時(shí)周圍不應(yīng)該有金屬反射面，有些廠商EGSM頻段做不到小于-10 dB，那最低要求也要做到小于-8 dB。

　　若滿足不了S11特性，就要通過改變線圈的長度和疏密度及手機(jī)內(nèi)部PCB板匹配網(wǎng)絡(luò)來滿足S11參數(shù)特性。參數(shù)達(dá)標(biāo)后，將線圈固定并拍照記錄下線圈的長度和疏密度，使之可用以大量生產(chǎn)，并記錄下匹配網(wǎng)絡(luò)各被動(dòng)器件參數(shù)用于手機(jī)內(nèi)部PCB板匹配網(wǎng)絡(luò)制作。若是翻蓋手機(jī)，S11在閉合和打開時(shí)都滿足所測標(biāo)準(zhǔn)，主要考察打開時(shí)的S11。S11與VSWR有對應(yīng)換算關(guān)系。調(diào)好S11后，還要測其增益與方向性，這就要求在3D或2Dchamber里測試，繪出圖形，再換算成理論要求平均增益， 接近于0 dB。但實(shí)際做不到，一般要求EGSM頻段不小于-1 dB,DCS頻段不小于-2 dB。內(nèi)置天線更低為-4 dB,另外SAR測試也要達(dá)標(biāo)，這要求在專用的SAR實(shí)驗(yàn)室測試（實(shí)驗(yàn)室必須具有國際認(rèn)證資格）目前國家并沒有做強(qiáng)制要求。

　　因?yàn)橐�做到電氣性能達(dá)標(biāo)，線圈必須大于一定長度，所以天線外露出機(jī)殼的部分必須大于16.4 mm，但是把線圈縮入機(jī)殼內(nèi)的除外。除裝配合格外，手機(jī)外置天線要做落甩實(shí)驗(yàn)，直板機(jī)從高度為1.5 m落下，折疊機(jī)為1.2 m。經(jīng)落甩后機(jī)構(gòu)電氣性能都不能改變。

2外置天線參數(shù)檢驗(yàn)方法

　　手機(jī)整機(jī)廠商檢驗(yàn)手機(jī)外置天線產(chǎn)品參數(shù)是否合格的簡便方法：

　�。�1）頻率范圍（frequency range）用校正過單端口S11的網(wǎng)絡(luò)分析測S11小于 -1 0 dB的范圍涵蓋所需頻段為合格。

　　（2）阻抗（impedance）用較正后的網(wǎng)絡(luò)分析儀測阻抗密斯圓圖上，（0，0）是匹配點(diǎn)（50 Ω）。

　�。�3）回波損耗（return lose）測量方法與頻率的測量相同，帶內(nèi)回?fù)p-10 dB。

　�。�4）電壓駐波比（VSWR）用網(wǎng)絡(luò)分析儀測，先較正單端口S11,按Format 后測SWR。

　�。�5）增益（gain）需在隔離度優(yōu)于-80 dB的屏蔽室（chamber）中進(jìn)行測量。在手機(jī)以天線連接到PCB接口處引一個(gè)RF cable出來，加信號(hào)發(fā)時(shí)，用標(biāo)準(zhǔn)天線測待測天線發(fā)射出來的功率（近場測試）。所得測試及功率除以加到天線到PCB接口處信號(hào)的功率即為增益。

　　（6）額定功率（power rating）需要在隔離度優(yōu)于-80 dB的屏蔽中測量。取手機(jī)一部裝上SIM卡和電池，開機(jī)使手機(jī)處于發(fā)射狀態(tài)，用標(biāo)準(zhǔn)天線作近場測量。測出的功率為額定功率。

　�。�7）極化方向(polarization) 可用垂直極化（vertical polarization）標(biāo)準(zhǔn)天線測量。如果被測天線是水平極化（horizontal polarization），那垂直標(biāo)準(zhǔn)極化天線幾乎收不到信號(hào)。

3結(jié)語

　　現(xiàn)在人們?yōu)榱耸謾C(jī)外殼的簡約美觀而去掉外置式天線，因此手機(jī)天線向內(nèi)置式發(fā)展，但內(nèi)置天線增益較低，造成手機(jī)收發(fā)性能不好，在基站信號(hào)較弱的地方容易斷話。故手機(jī)外置式天線在手機(jī)業(yè)中仍占有一席之地，研究并做好、做小手機(jī)外置式天線仍是市場的需求。

參考文獻(xiàn)

［1］Agilent8753ES操作手冊［S］.
［2］Philips RF手冊［S］.
［3］祁玉生，邵世祥.現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)［M］.北京：人民郵電出版社，1999.
［4］孫宇彤.TDMA空中接口技術(shù)［M］.北京：人民郵電出版社，2002.