金属材质机身手机天线设计

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有限的手机空间,需要容纳更多的天线。4G起来后,运营商要求5模十频,新机需要兼容3G、2G,且MIMO需要两幅天线,这使得手机中天线种类更 多了,电磁环境恶化,尤其是手机外观金属件面积增大后,天线工程师、结构工程师如何调试出符合入网要求的智能手机,遇到了空前的挑战。本文梳理了最近这类 技术和工艺,供设计者参考:

目前,手机中频段划分为:

LTE (700 MHz), GSM (850MHz/1.9GHz), Wi-Fi (2.4 GHz), Bluetooth (2.4 GHz), GPS (1.575 GHz)、FM88-108Mhz
2.5 – 2.7 GHz band support for FDD LTE
3.4 – 3.8 GHz band support for TDD LTE
总之,从700 MHz to 3.8 GHz是4G手机的工作频段

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二、 手机外观的金属化优劣

1、外观美,手感好!

苹果、华为、小米、VIVO都采用类似的金属外框架和底部金属材质工艺,金属材质有光泽、手感好满足了用户对审美要求。

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2、全金属化机身,导致手机射频指标难保障。

无论制造商如何解释,这类产品的信号总不如塑胶、玻璃材质的手机,因为,这类手机的边框充当了天线,天线手握和收不握时,收发信号有差异,天线辐射效率见下图:
手握时候,效率由45%下降到15%左右。

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于是,一些手机采用头尾部是塑胶的结构,中间是金属工艺来规避手握天线的缺陷。

二、金属化机身的天线设计方法Design Methodology

1、金属外框架分段

根据频段,把手机外框一般划分为三段,采用模内注塑工艺成为一个整体

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2、合理布局

GPS天线放置在周边角落
 
 
 
 

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FM频段采用内置磁性天线

 

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 新一代的FM内置天线是贴片焊接的(微航磁电提供)

3、天线分频段滤波、匹配再合成

从外框架取出的信号,需要分段滤波和匹配,再合成一路送入射频芯片

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4、 采用立体电路制造工艺

立体电路一般采用LDS工艺来实现,3D构型的天线制造在塑胶支架上:

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三、手机天线未来发展动向

1、3D打印LDS部件加快设计进展

先3D打印成型,再在其上制造LDS天线,可以大大缩短天线设计验证的周期

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2、宽带天线加可调谐元器件技术应用,缩小天线的体积和实现天线器件的标准化

可调谐的射频天线技术是未来手机天线唯一进化方向,天线最终成为一个类似电阻电容一样标准的器件出现。但是天线产业不会消失,其制造手段还需要综合采用 LDS、FPC等工艺。苹果和日本村田等申请了发明专利,涉及宽带环形天线和调谐电介质材料。环形天线在终端中使用并不陌生,90年代出现的BP机就是环形天线。

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