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关于天线的一些问题 高手们进来看看

05-08
1.MONO天线下面是没有地的,但是为什么要求天线的要跟手机主板在水平方向上有一定的高度,请大侠们解释一下。
2.PIFA天线的辐射面和下面的地或者说整个主板的地构成一个天线,但为什么有的PIFA天线下面可以没有地?这个是为什么,这个天线又叫PIFA天线吗?
3.MONO也是可以加地馈点的,那么此时的MONO和PIFA又怎么去区别,还有这个地馈电是不是和主天线相连的,如果不相连就是加个寄生电容的效果,如果是和主天线连在一起的,那么怎么和PIFA区分,因为有的PIFA天线下面也是没有地的。
4.PIFA天线可以有两个地馈点吧,此时的PIFA天线还是属于PIFA天线吧?
5.PICA天线大家有了解吗?跟PIFA天线有什么关系和区别呢?

我最近想学点天线的东西,但是在这方面的基础为零,希望大家多多帮助,谢谢!

LZ是射频高手,现在要转行研究天线了?

此外就是对于天线的极化问题,我们如何在设计的时候保证天线是线极化。还有就是我们现在用的IFA PIFA MONO 是单独的水平或者垂直极化还是混合极化。
我觉得应该是混合极化吧,这个跟手机位置也有关系。

是啊,就看你的回复也该把帖子置顶让大家学习一下了。不过估计斑竹都等着放假呢,没心情来论坛了。

真是太感谢了,看了这个我终于明白了。

码了这么多字,论坛一点表示都没有,难怪52RD的网友们都不爱讨论了,sigh~

“是不是主板的地面积足够大了就可以把天线下面挖空了,如果主板面积不足,是不能挖PIFA下面的地的呢?”
对,是这样的。因为手机主板的地不能视为理想地,在地平面小于一定尺寸时(关于这个临界尺寸,翁金辂,Stuzman两位教授分别独立做过研究分析,有兴趣可以去查看),地平面本身就是辐射体,换而言之,也是天线的一部分。假如主板的地尺寸不足时,天线无论如何是调不出好性能的。
另外,前面我已经给出了PIFA天线的定义,另外也指出PIFA天线本身就是IFA天线,不可以割裂开来看待。说正下方必须有地的才是PIFA天线,正下方没有地就是IFA天线,这种观点本身就不正确。把PIFA天线正下方的地去除了,还是PIFA天线。但是这个时候辐射特性,肯定与不去除地有了显著差别。
如果不考虑SAR,不考虑layout的局限,不考虑元器件的干扰,同时地平面的尺寸是充分,净空处理后地平面大小同样足够。在这种情况下,给天线正下方加地就很莫名其妙了。
再简单地说,如果是一个天线,再加一个只有地(地的尺寸充分)的光板(这种天线+PCB的模型,论文里面经常用),把天线底下净空情况下的天线性能,肯定是比不净空的好。

不过从PIFA天线定义的角度看,这个地还是天线的一部分,难道仅仅是为了SAR吗?对于拓展天线带宽等其他方面就没贡献吗?(是不是主板的地面积足够大了就可以把天线下面挖空了,如果主板面积不足,是不能挖PIFA下面的地的呢?)
从你讲的我感觉如果不是考虑SAR,PIFA下面的地肯定是没有好,所以我就是不理解为什么PIFA不定义成没有地的,然后因为各种原因我们在下面加了地。
我的问题有可能比较弱,希望你见谅啊

仰望一下4楼的大神。

这个很好理解,手机的趋势是小型化,而目前手机要具有的功能越来越多,元器件相应地也越来越多。主板就那么大,再挤出一块净空区域实在捉襟见肘。天线底下摆放元器件经常是不可避免的,所以天线底下也自然就要有地。再者,PIFA天线底下的地还可以起到降低SAR值的作用,有一定的用处。
不过现在手机天线越来越多地设计在手握处,很大程度上可以降低SAR值,这个时候,地用来降低SAR的作用就不那么突出了,可以进行净空,提升天线性能。比如三星手机的PIFA天线就经常设计在手握处,而且天线下方没有地。因为三星手机追求超薄,剖面的高度本身就很有限了,天线底下再加个地,就不用辐射了,不得不净空。

对于其所说的超宽带特性,我真的没发觉,带宽上还是不够,而且体积小我也没觉得,面积倒是要求很大。看来这个不是个常用的天线啊。

查了一下你说的PICA天线,是Planar Inverted Cone Antenna的缩写,中译“平面倒锥形天线”,2004年5月的IEEE Transactions on Antennas and Propagation刊登了一篇论述这种天线的论文,题目为《A new ultrawideband printed monopole antenna: the planar inverted cone antenna (PICA)》。文章摘要中写到:平面倒锥形天线(PICA)拥有超宽带(UWB)性能,辐射场形类似于圆片单极天线,但是体积相对更小。
个人认为,如果是超宽带天线,同时又需要较大体积,那么这种天线应用在手机上的前景恐怕不会太乐观。众所周知,手机天线的空间已经是一缩再缩了。不要说新型的天线,旧有的monopole天线,PIFA天线已经足以应对现在的手机天线设计,问题是空间小得让它们无法正常施展身手。

你说的跟实际中用的差不多的,不过我不是很理解,能说的再详细一点吗?
是因为有了金属框如果挖了PIFA下面有不完整的地所以效果不好吗?那如果天线下面没有金属框那就是挖了地的IFA比不挖的PIFA好了? 当然是除了考虑SAR之外,毕竟如果有地的话PIFA的SAR确实要好一些。

机壳为全素的条件下,PIFA下面的地挖空做IFA效果还是比PIFA好的,但是前壳为金属的框的情况下,挖空调的性能一般没有不挖的好;PIFA比IFA受环境的影响相对较小!

只知道PIFA天线下面铺地,对SAR有明显的改善,不知道是不是主要的目的。

此外还有一个问题,就是都说PIFA天线下面没地更好,因为可以增加其辐射面,也算是增加了天线高度等等,那既然这样为什么我们常用的PIFA下面还是有地的呢? 这个确实让我很迷惑啊。

magicsissy, 多谢赐教! 我保存到笔记里好好学习,以后有问题还得多向你请教,我的知识面太窄了,快混不下去了。
对了,最后那个我说的的确是PICA,叫什么倒锥形天线,据说占用面积比较大。
不过你让我学到了什么是FICA,不过FICA这么好为什么用的比较少呢?是因为专利问题还是调试比较复杂,又或者是高度或者某项参数要求比较高呢?

膜拜楼上的高手!

一一回答LZ的问题:
(1)monopole天线同样是需要天线高度的,实际上,天线的高度是指天线与地平面之间的距离。在PIFA天线上,这就体现为剖面的高度,而在monopole天线上,就体现为净空区域的宽度,也就是所谓monopole天线与地平面在主板水平方向上的距离。天线高度越大,越有利于辐射。
(2)什么是PIFA天线,它是Planar Inverted F Antenna的缩写,中译平面倒F天线。PIFA天线的基本结构可以分为一个辐射顶片(top patch),一个馈电引脚(feeding pin),一个短路引脚(shorting pin),狭槽(slot),还有所需的参考地(ground)。由于其辐射顶片,馈电引脚,以及短路引脚从侧面来看,如同一个倒放在地平面上的大写英文字母“F”,故而得名“平面倒F天线”。
PIFA天线最早源于King,Harrison,Denton等人在1960年提出的“并联驱动式倒L天线”。演化过程可以概述如下:
monopole(单极天线) -> ILA(倒L天线) -> IFA(倒F天线) -> PIFA(平面倒F天线)
可以看到,PIFA天线实际上是与monopole天线有着千丝万缕的联系。但是PIFA天线独特的构造,又使得它在一定程度上成为了几种天线衍生融合:monopole,planar monopole以及microstrip patch antennas。譬如为什么PIFA天线强调天线与地平面之间的垂直高度,实际上这是微带贴片天线的特性之一,微带贴片天线的辐射机理实质上是高频电磁泄漏,一个简单的矩形贴片天线可等效为两个等幅同相的缝隙天线(具体可参见微带天线的教材,有图示),微带贴片天线的主要辐射是靠辐射元的边缘,这就是为什么PIFA天线的高度特别重要的原因,高度越低,能量越被束缚在天线与地平面之间,无法良好地辐射出去。
所以PIFA天线正下方有没有地,都是PIFA天线。不过在去除其正下方的地后,更有利于辐射。把PIFA天线和IFA天线割裂开来,认为是两种不同的天线,是欠妥的观点,PIFA天线本身就是IFA天线。
(3)正如之前说的那样,monopole,IFA,PIFA是存在密切联系的。为什么IFA,PIFA需要一个短路引脚,这个短路引脚本质是引入并联电抗,起到的是阻抗变换的作用。引入短路引脚,将ILA变成IFA,PILA变成PIFA,并不会真正改变天线的辐射机理。
(4)PIFA天线可以有两个短路引脚,如(3)中所说,短路引脚本质上起到的是阻抗变换的作用。三个引脚的天线在实际研发中并不鲜见,并不仅仅局限于带有寄生单元的PIFA天线,诺基亚的天线中就有一个PIFA天线却带有两个短路引脚的例子,而且两个短路引脚都连在同一个天线上。
(5)你说的应该是FICA天线,FICA天线是“folded inverted conformal antenna”的英文缩写,中文意为“折叠倒放式共形天线”。FICA天线是Motorola公司研发出来的新型天线,已被申请专利,并应用于市场上的多款Motorola机型。
传统的PIFA天线,其工作的谐振模是各自分用天线的可用体积,是“share”。以目前最为主流的PIFA天线样式“G” Pattern为例,其外观为一条长走线包着一条短走线,看上去就像一个大写的英文字母“G”,故名“G” Pattern。“G” Pattern的两条走线,长走线的电流通路较长,用于激励低频谐振模,而短走线的电流通路较短,用于激励高频谐振模。
而FICA天线则完全是一种新型的思路,其工作的谐振模是对天线体积的综合再利用,是“reuse”。从外观上看,FICA天线有两个臂,在天线的主体上有一条狭缝(slot)贯穿整个天线。而FICA天线最奇异之处就莫过于它那条贯穿整个天线的狭缝。FICA天线共有三个谐振模,一个是低频段的“共模”(common mode),另外两个是在高频段,分别是“差模”(differential mode)和“缝模”(slot mode)。体积再利用(reuse)的实现,使得与各谐振模相关联的反应电磁能覆盖了整个天线体积。差模和缝模可以综合产生一个宽阔,连续,跨越几百兆赫兹的辐射频带。
不仅如此,FICA天线同时在体积上要小于PIFA天线,天线中间空出来的空间可以用来摆放speaker,camera等等元器件。用更小的体积做到了更宽的带宽,FICA天线因其独到的设计理念,而全方位地超越PIFA天线。
LZ如果有兴趣,可以去这个论坛(http://www.mwtee.com/)搜索一下,有多个帖子谈到了FICA天线。
(6)关于极化的问题,还是归结到之前谈到的问题,monopole,IFA,PIFA本身紧密相关,LZ有兴趣去观察一下monopole,IFA,PIFA的辐射场形,会发现它们有着非常相似的特点。手机天线的低频刚好满足1/4波长特性,因此场形接近半波振子。对高频来说,天线的电尺寸超过3/4波长。尺寸超过半波长后,副瓣数目在增加。这仅仅是考虑手机长度方向的尺寸,手机还有宽度,手机的宽度方向刚好是高频的1/4波长,又增加了一个维度,使得场形复杂了,副瓣数目就更多了。
所以低频上,类似于半波振子,一般是沿着手机长度方向上的极化,即平常说的垂直极化(手机竖直摆放)。而高频上,则是水平方向和垂直方向都有较大的极化分量。LZ有机会仔细观察一下天线测试,在测试天线低频时,一般测一个垂直极化就行了。而测高频时,则两个极化都要测。

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说起来,这就是mono,ifa,pifa名字不一样的原因


在中国这种山寨成风的国度,说受专利约束根本是天方夜谭。
FICA之所以没能完全取代传统PIFA,第一,它的设计也要相应的环境与之匹配,比如两个引脚要放在PCB中央,两个引脚之间的间距要控制。两个臂要有做到比较对称(不是完全对称,请正确理解)。国内有几家公司有这个魄力配合你?特别是在可能打N板的情况下。第二,它的辐射机理就是发明者MOTO的研究员也没完全阐述清楚,调试起来不容易,特别是那条诡异的槽......
还有,FICA的面积比传统的PIFA要小,高频比传统的PIFA要宽得多。不知道为什么你查的正好相反
附两个图,一个是FICA与传统PIFA的大小比对,一个是它们的带宽比较,这样比较直观些。

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看到magicsissy兄对FICA的介绍,不禁想问为何FICA没有取代PIFA被应用?是因为专利问题么?在网上查了一下,说到FICA要求面积相对较大,而且高频表现不如传统PIFA,不知这是不是主要原因?
谢谢

帖子容易没有看见,谢谢你的参与。
monopole天线和IFA天线在实际调试中会发现需要的环境是相当的,馈地点和monopole天线调试并联匹配的作用相同,他们化为一类,我认为更为合理一些。

顶礼膜拜呀!

提议 magicsissy 牵头 在RD上专门搞一个天线板块,不然天线早晚要成为玄学了。

很好
顶。

本人Layout一块PCB,PCB左右两边是使用同一款PIFA天线(2.4G&5G双频天线),但是测试出来的VSWR相差很大,请问是什么原因导致?

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