如何進(jìn)行GSM手機(jī)雙頻天線的阻抗

標(biāo)簽：GSM 雙頻天線阻抗

通常對(duì)某個(gè)頻點(diǎn)上的阻抗匹配可利用SMITH圓圖工具進(jìn)行, 兩個(gè)器件肯定能搞定, 即通過(guò)串+并聯(lián)電感或電容即可實(shí)現(xiàn)由圓圖上任一點(diǎn)到另一點(diǎn)的阻抗匹配, 但這是單頻的。而手機(jī)天線是雙頻的, 對(duì)其中一個(gè)頻點(diǎn)匹配,必然會(huì)對(duì)另一個(gè)頻點(diǎn)造成影響, 因此阻抗匹配只能是在兩個(gè)頻段上折衷.

在某一個(gè)頻點(diǎn)匹配很容易，但是雙頻以上就復(fù)雜點(diǎn)了。因?yàn)樵?00M完全匹配了，那么1800處就不會(huì)達(dá)到匹配，要算一個(gè)適合的匹配電路。最好用仿真軟件或一個(gè)點(diǎn)匹配好了，在 網(wǎng)絡(luò)分析儀上 的 S11參數(shù)下調(diào)整，因?yàn)殡p頻的匹配點(diǎn)肯定離此處不會(huì)太遠(yuǎn)。，只有兩個(gè)元件匹配是唯一的，但是 pi 型網(wǎng)絡(luò)匹配，就有無(wú)數(shù)個(gè)解了。這時(shí)候需要仿真來(lái)挑，最好使用經(jīng)驗(yàn)。

仿真工具在實(shí)際過(guò)程中幾乎沒(méi)什么用處。因?yàn)榉抡婀ぞ呤遣恢滥阍哪Ｐ偷?。你必須要輸入?shí)際元件的模型，也就是說(shuō)各種分布參數(shù)，你的結(jié)果才可能與實(shí)際相符。一個(gè)實(shí)際電感器并不是簡(jiǎn)單用電感量能衡量的，應(yīng)該是一個(gè)等效網(wǎng)絡(luò)來(lái)模擬。本人通常只會(huì)用仿真工具做一些理論的研究。

實(shí)際設(shè)計(jì)中，要充分明白Smith圓圖的原理，然后用網(wǎng)絡(luò)分析儀的圓圖工具多調(diào)試。懂原理讓你定性地知道要用什么件，多調(diào)是要讓你熟悉你所用的元件會(huì)在實(shí)際的圓圖上怎么移動(dòng)。(由于分布參數(shù)及元件的頻率響應(yīng)特性的不同，實(shí)際件在圓圖上的移動(dòng)和你理論計(jì)算的移動(dòng)會(huì)不同的)。

雙頻的匹配的確是一個(gè)折衷的過(guò)程。你加一個(gè)件一定是有目的性的。以GSM、DCS雙頻來(lái)說(shuō)，你如果想調(diào)GSM而又不太想改變DCS，你就應(yīng)該選擇串連電容、并聯(lián)電感的方式。同樣如果想調(diào)DCS，你應(yīng)該選擇串電感、并電容。

理論上需要2各件調(diào)一個(gè)頻點(diǎn)，所以實(shí)際的手機(jī)或者移動(dòng)終端通常按如下規(guī)律安排匹配電路：對(duì)于簡(jiǎn)單一些的，天線空間比較大，反射本來(lái)就較小的，采用Pai型(2并一串)，如常規(guī)直板手機(jī)、常規(guī)翻蓋機(jī);稍微復(fù)雜些的采用雙L型(2串2并)：對(duì)于更復(fù)雜的，采用L+Pai型(2串3并)，比如用拉桿天線的手機(jī)。

記住，匹配電路雖然能降低反射，但同時(shí)會(huì)引入損耗。有些情況，雖然駐波比好了，但天線系統(tǒng)的效率反而會(huì)降低。所以匹配電路的設(shè)計(jì)是有些忌諱的;比如在GSM、DCS手機(jī)中匹配電路中，串聯(lián)電感一般不大于5.6nH。還有，當(dāng)天線的反射本身比較大，帶寬不夠，在smith圖上看到各頻帶邊界點(diǎn)離圓心的半徑很大，一般加匹配是不能改善輻射的。

天線的反射指標(biāo)(VSWR，return loss)在設(shè)計(jì)過(guò)程中一般只要作為參考。關(guān)鍵參數(shù)是傳輸性參數(shù)(如效率，增益等)。有人一味強(qiáng)調(diào)return loss，一張口要-10dB，駐波比要小于1.5，其實(shí)沒(méi)有意義。我碰到這種人，我就開(kāi)玩笑說(shuō)，你只要反射指標(biāo)好，我給你接一個(gè)50歐姆的匹配電阻好了，那樣駐波小于1.1啊，至于你手機(jī)能不能工作我就不管了!

SWR駐波比僅僅說(shuō)明端口的匹配程度，即阻抗匹配程度。匹配好，SWR小，天線輸入端口處反射回去的功率小。匹配不好，反射回去的功率就大。至于進(jìn)入天線的那部分功率是不是輻射了，你根本不清楚。天線的效率是輻射到空間的總功率與輸入端口處的總功率之比。所以SWR好了，無(wú)法判斷天線效率一定就高(拿一個(gè)50ohm的匹配電阻接上，SWR很好的，但有輻射嗎?)。但是SWR不好了，反射的功率大，可以肯定天線的效率一定不會(huì)高。SWR好是天線效率好的必要條件而非充分條件。SWR好并且輻射效率(radiation efficiency)高是天線效率高的充分必要條件。當(dāng)SWR為理想值(1)時(shí)，端口理想匹配，此時(shí)天線效率就等于輻射效率。

當(dāng)今的手機(jī)，天線的空間壓縮得越來(lái)越小，是犧牲天線的性能作為代價(jià)的。對(duì)于某些多頻天線，甚至VSWR達(dá)到了6。以前大家比較多采用外置天線，平均效率在50%算低的，現(xiàn)在50%以上的效率就算很好了!看一看市場(chǎng)上的手機(jī)，即使是名公司的，如Nokia等，也有效率低于20%的。有的手機(jī)(滑蓋的啊，旋轉(zhuǎn)的啊)甚至在某些頻點(diǎn)的效率只有10%左右。

見(jiàn)過(guò)幾個(gè)手機(jī)內(nèi)置天線的測(cè)試報(bào)告，天線效率基本都在30-40%左右，當(dāng)時(shí)覺(jué)得實(shí)在是夠差的(比我設(shè)計(jì)的微帶天線而言)，現(xiàn)在看來(lái)還是湊合的了。不過(guò)實(shí)際工程中，好像都把由于S11造成的損耗和匹配電路的損耗計(jì)在效率當(dāng)中了，按天線原理，只有介質(zhì)損耗(包括基板引起的和手機(jī)內(nèi)磁鐵引起的)和金屬損耗(盡管很小)是在天線損耗中的，而回?fù)p和匹配電路的損耗不應(yīng)該記入的。不過(guò)工程就是工程啊，這樣容易測(cè)試啊。

對(duì)了，再補(bǔ)充一句，軟件仿真在一定程度上是對(duì)工程有幫助的：當(dāng)然，仿真的結(jié)果準(zhǔn)確程度沒(méi)法跟測(cè)試相比，但是通過(guò)參數(shù)掃描仿真獲取的 天線性能隨參數(shù)變化趨勢(shì)還是有用的，這比通過(guò)測(cè)試獲取數(shù)據(jù)要快不少，尤其是對(duì)某些不常用的參數(shù)。

“仿真工具在實(shí)際工程中沒(méi)有什么用處”，是說(shuō)在設(shè)計(jì)匹配電路時(shí)，更具體一點(diǎn)是指設(shè)計(jì)雙頻GSM、DCS手機(jī)天線匹配電路時(shí)。如果單獨(dú)理解這句話，無(wú)疑是錯(cuò)的。事實(shí)上，我一直在用HFSS進(jìn)行天線仿真，其結(jié)果也都是基于仿真結(jié)果的。

對(duì)了，焊元器件真的是一件費(fèi)勁的事，而且也有方法的，所謂熟能生巧嘛。大的公司可能給你專門(mén)配焊接員，那樣你可能就只要說(shuō)焊什么就可以了。然而，我們?cè)诖擞懻摰氖?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/如何">如何有效地完成匹配電路的設(shè)計(jì)。注意有效性!有效性包括所耗的時(shí)間以及選擇元器件的準(zhǔn)確性。 如果沒(méi)有實(shí)際動(dòng)手的經(jīng)驗(yàn)，只通過(guò)軟件仿真得出一種匹配設(shè)計(jì)然而用到實(shí)際天線輸入端。呵呵，我可以說(shuō)，十有八九你的設(shè)計(jì)會(huì)不能用，甚至和你的想象大相徑庭!

實(shí)際設(shè)計(jì)中，還有一種情況你在仿真中是無(wú)法考慮的(除非你事先測(cè)量)。那就是，分布參數(shù)對(duì)于PIFA的影響。由于如今天線高度越來(lái)越小，而匹配電路要么在天線的下方(里面)要么在其下方(外面)，反正很近，加入一個(gè)實(shí)際元件在實(shí)際中會(huì)引入分布參數(shù)的改變。尤其如果電路板排版不好，這種效應(yīng)會(huì)明顯一些。實(shí)際焊接時(shí)，甚至如果一個(gè)件焊得不太好，重新焊接一下，都會(huì)帶來(lái)阻抗的變化。

所以，PIFA的設(shè)計(jì)中，通常我們不采用匹配電路(或者叫0ohm匹配)。這就要求你仔細(xì)調(diào)節(jié)優(yōu)化你的天線。一般來(lái)說(shuō)對(duì)現(xiàn)今的柔性電路板設(shè)計(jì)方案(Flexfilm)比較容易做到，因?yàn)樾薷妮椛淦容^容易。對(duì)于用得比較多的另一種設(shè)計(jì)方案沖壓金屬片(stamping metal)，相對(duì)來(lái)說(shuō)就比較難些了。一是硬度大，受工藝的限制不能充分理由所有空間，二是模具一旦成型要多次修改輻射片的設(shè)計(jì)也很困難。