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移动通信领域的内置天线设计技术介绍

移动通信领域的内置天线设计技术介绍

多频段天线设计面临的挑战  近年来,移动通信领域的技术进步,以及移动电话从商务工具向手持设备的转变促使制造商不断寻找集成日益复杂的天线的新方法。
  移动电话最初只能工作于单一频率。在欧洲和亚洲采用的通常是欧洲GSM委员会规定的900MHz或1800MHz两个频率中的一个。然而,开发和制造同时支持两个频率的手机所带来的规模经济效益,以及漫游功能为网络运营商带来的可观的利润,共同导致了可同时支持两个频率的双频GSM手机的诞生。由于在相当分散的美国移动电话市场上缺少统一的标准,1900MHz的GSM频率在美国的应用启动很慢。然而,随着运营商开始看到采用统一技术的全球漫游能够带来巨大的利益,最近几个月来美国GSM网络进行了很大的努力以扩展覆盖整个美国。虽然许多新的移动电话仍采用双频方式,但在未来12-18个月内,三频手机将逐渐成为事实上的GSM标准,即单个手机可支持目前世界上使用的所有三种GSM频率。最近宣布的第四个主要GSM频率允许某些运营商从其它技术过渡到GSM,但这会进一步使手机制造商和天线供应商面临的情况复杂化,如果他们希望单个手机能够支持所有GSM频率的话。
  随着3G网络计划于2002年下半年正式推出,设计与现有技术和频率后向兼容的3G手机所带来的更多挑战已迫在眉睫。更重要的是,除了与移动电话网络通信以外,未来的移动电话还必须能够与许多其它设备和网络进行通信,而它们采用的技术包括蓝牙、IEEE802.11b (无线LAN)和GPS等,这进一步对下一代通信设备(包括PDA、网络产品、新型因特网家电和众多其它设备)的天线设计提出了更多要求。
  内置天线设计  在移动电话设计中,外置天线逐渐被内置式天线所替代。最初有关内置天线性能的担心现在大部分都不存在了。事实证明,就天线效率这一对移动应用来说最关键的电参数来说,设计良好的内置天线可以提供与外置天线同样的性能。消费者对更时尚外观的要求进一步促使手机制造商将天线集成在设备内部。SAR(比吸收率)此前曾被认为是内置天线手机的最大问题。然而,测试结果表明,在采用内置天线的移动电话中可以达到相当好的SAR性能。与外置式天线相比,内置天线具有同样的性能、更好的外观特性和更为坚固,因此从外置向内置式天线的转变已成为不可逆转的趋势。
  天线性能标准  采用内置天线的主要设备类型,几乎所有的都采用了PIFA(平面反转F天线)结构。此类天线的性能主要包括以下方面:
  ● 物理尺寸
  ● 电学设计质量
  ● 电介质衬底及外壳的射频(RF)材料特点(介电常数和损耗角正切值)
  ● 封装和整个设备的设计
  对系统设计人员来说,在产品设计过程的早期充分理解不同内置天线技术的特点和功能是非常重要的。对天线尺寸的过度乐观的假设会导致最后不得不在封装和天线性能间进行折衷。
  多数无线手持设备的内置天线位于系统地线层的上方并采用PIFA结构。移动电话PIFA的一个关键物理参数是辐射器高出地线层的高度。目前多数商品化解决方案都采用7mm至9mm的高度。然而,需要指出的是智能封装提供了使这一高度最小化而同时又可保持天线性能的机会(这种应用的一个例子是单面电路板,虽然在一些具有想象力的设计中还可以采用更多的方法)。
山不在高,有仙则名;水不在深,有龙则灵。
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