华禹培训总结技术精华（手机PIFA天线直观的理论分析）

05-08

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一篇简单易懂的PIFA天线理论说明，具有很强的指导意义，能够解释很多天线方面的问题。
http://www.eefocus.com/wangsw/blog/10-04/188389_c37ea.html

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。

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。

非常不错的观点。

受益不浅

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。
小编的这个观点我并不赞同，想想看，手机接收的情况下，如果把天线当场电磁波的源，它向手机传输的到底是什么?是电压吗?是电流吗?都不是。
传输的是一种能量，是电场与磁场正交的能流。
手机接收的不是电压，不是电流，是电磁波能量，如果传输的能量相同，PIFA与单极天线灵敏度相同

楼上说的有道理，不能单纯的考虑电压，我再思考一下

呵呵，其实是带宽的问题

我也在思考带宽，但如何证明PIFA天线的带宽比单极性天线窄呢，这个如何证明?请指教！
对了，说明一下，我不是做射频，也不是做天线的，只是把公司里同事实验中的问题，根据自己的理解整理分析的，可能有很多不对的，请指教。文中的内容是这次给同事培训的时候，即兴讲解的。

学习一下啊！

很好的讲解

挺即兴的

谢谢小编分享

这个绝对是好贴，顶啊

对于7楼问题的一点理解，分析带宽还是回到Q值上，因为天线可以等效为一个带通滤波器，从结论向原因推一下看看，感性的认识是PIFA带宽窄，则Q值大，因而有损耗的能量少儿储存的能量多（Q的标准定义），根据他们的敏感度可以知道PIFA的电流小电压大，而单极子的电压小电流大。同时因为PIFA是大电容而单极子是大电感，对于电容储存能量为 C*V，消耗能量为I*I*R，显然消耗能量比储存能量要小。对于电感储存能量为 L*I*I, 消耗能量为 I*I*R, 显然消耗能量比储存能量没有数量级上的太大差异。当然这只是定性的理解，如果真正定量的去计算还需要进一步分析。
等有时间了一定要好好分析一下或者哪位达人来算下。

我觉得小编的这个问题应该分解成两个过程分析
1.电磁波从空间到天线的接收过程
从天线结构上看单极子天线较开放，PIFA天线结构较封闭。因此单极子天线有效接收面积较大
（13楼兄弟，我是从两种天线机构特性出发来认识它们的接收的，这并不是感性的认识）
我觉得无论是带宽还是Q值都是外在表现，内在原因是麦克斯韦方程
2.电磁波从天线通过传输线到接收机的传输过程
感觉主要取决于天线与其相连的网络（包括传输线和接收机）的匹配程度
我非常同意13楼关于天线的理解和应用Q值来分析，但是分析的过程有问题，
天线只是一种具有辐射性能的射频器件，你在计算过程中（C*V；I*I*R）中电压电流并不是真实存在的，只是一种等效，
因此I*I*R是并不成立的。当然，我并不否认天线中会有电流，但是和你计算中应用的并不一样，要小的多。我并不知道具体值

讲的非常好，谢谢

学习学习

欢迎各位提意见讨论
小编QQ为：26033613

飘过！。

对这方面的内容不懂。
顶一下！

好帖子啊！顶！

进来学习

学习了，谢谢~~~

讲的很好，谢谢学习

学习了，谢谢

其实主要靠板子辐射

学习了，谢谢！

好贴，学习了

okokokokokokokokok

太好了，感谢小编的分享。

不错不错学习学习
弱弱问下 Rf信号在天线上是电磁波还是高频电流或是其它的什么 ?

此贴讲的内容个人认为很多观点都不太正确，建议新手以怀疑的态度去看,楼下不要喷我哈

很不错，总算能看到一个喜欢琢磨琢磨的人，勤于思考。
个人认为天线要分为谐振和辐射两部分去理解，两者并没有必然的联系。
你前面讲到的谐振原理图，我基本认同，不过解释似乎有不对。
主体谐振应为L1和C1的串联谐振，L2到地的作用是把谐振阻抗点匹配到我们所需的50欧。

真正的谐振是虚部为零的点，至于实部可以是任意阻抗，可以是0欧，也可以是50欧的点。不要混淆概念了。

学习学习......

感谢各位支持，目前本人用射频的理论研究开关电源方面的东西，有比较不错的进展。
普遍感觉做电磁场方面的，对什么是电磁场，电磁场到底什么样子的没有概念，所以很多无法展开，过段时间，我想把这方面好好展开写出来。
当然，关于射频方面，读者水平差异较大，本人的水平也有些，观点不一致很正常，这样通过讨论，可以相互提高。
本人最近的一篇文章是：
同是基于电磁场理论，射频与光却选择不同的传输介质
网址：http://www.52rd.com/Blog/Detail_RD.Blog_wangsw_26794.html

太好了，谢谢

太牛了，NOKIA那些装牛B的人一直在拿这个理论在忽悠人，虽然连他们自己也知道在实际中有很多讲不通

LZ的这套理论为啥我总觉得说不通呢?

天线馈点处是电流最大，电压最小，而信号到达末端时经过90度的相移，电压最大，电流最小，能量以电磁波的方式传递出去；
反过来接收时，电磁波到达天线末端也应表现为电压最大，电流最小的极限状态，可以等效认为接收到的能量表现为电压；
不知道这样讲通不通，欢迎指正。
另外问一下小编，C2的延伸地算不算是寄生?

应该是电流

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