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          基于IML工藝的天線設(shè)計方法

          作者: 時間:2017-06-03 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201706/347488.htm

          1 引言

          (IN MOLDING LABEL)即模內(nèi)鑲件注塑,是集絲網(wǎng)印刷、成型和注塑相結(jié)合的一種新型模內(nèi)裝飾技術(shù)。目前該工藝在裝飾產(chǎn)品上已經(jīng)有廣泛應(yīng)用,應(yīng)用到天線設(shè)計上可節(jié)約空間,簡化生產(chǎn)流程,具有很大的潛在發(fā)展能力。技術(shù)不但改善產(chǎn)品的品質(zhì),還為產(chǎn)品創(chuàng)新拓寬了空間,提升了產(chǎn)品的附加值。

          本文采用的工藝是將天線鑲嵌在手機(jī)后殼里,具有穩(wěn)定和耐磨性的同時也對天線的調(diào)試造成了很大的不便。為了克服調(diào)試上的這種困難,我們采用安捷倫公司的AMDS軟件對天線進(jìn)行模擬,在該軟件中可以很直觀地看到手機(jī)中各個器件,且能做到對幾微米厚度材料的模擬,得到的結(jié)果和實測結(jié)果有高度的一致性。同時也可以在設(shè)計前期找到天線的,降低生產(chǎn)中的不良率,降低生產(chǎn)風(fēng)險,掌握天線的,等基本參數(shù),為最終設(shè)計調(diào)試提供可靠的理論支持,減少設(shè)計周期和成本。目前該技術(shù)已初步應(yīng)用于集團(tuán)IML天線的生產(chǎn)開發(fā)過程,是行之有效的設(shè)計手段。

          2 設(shè)計原理及概述

          2.1 傳統(tǒng)天線設(shè)計

          在傳統(tǒng)的手機(jī)天線設(shè)計初期,主要用PCB板,天線支架,銅皮制作MOCKUP(圖1),使用網(wǎng)絡(luò)分析儀來調(diào)試天線。這種方法的主要特點是將銅皮貼在支架上,通過改變天線的形狀、大小等進(jìn)行調(diào)試,因此無法調(diào)試鑲嵌在手機(jī)后殼里中的天線,同時也無法測試天線的、等參數(shù),無法適應(yīng)新天線的設(shè)計要求。

          圖1 MOCKUP的制作

          2.2 IML天線設(shè)計

          (1)制作IML天線的流程

          在天線中應(yīng)用IML技術(shù)是一項新興技術(shù),它是把天線用IML技術(shù)集成到手機(jī)后殼中,即將天線壓入后蓋Film薄膜經(jīng)過成型機(jī)Forming成型,再經(jīng)過剪切后放置到注塑模具內(nèi)注塑而成。

          (2)IML天線優(yōu)缺點

          優(yōu)點:由于天線集成到手機(jī)后殼里,增加了天線與Speaker及其他射頻模塊的相對距離,減少相互干擾,提高天線性能;在量產(chǎn)中,簡化工藝流程,減少人為因素造成的不良,降低生產(chǎn)成本,且生產(chǎn)出的天線具有良好的一致性。

          缺點:IML天線在進(jìn)行高壓成型時由于拉伸作用很容易造成天線的變形,從而影響天線性能;由于天線鑲嵌在天線后殼里,后殼的厚度和材質(zhì)對天線有很大的影響,因此無法用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行調(diào)試。

          (3)解決方案

          在傳統(tǒng)天線MOCKCUP調(diào)試設(shè)計手段無法勝任這方面的任務(wù)時,我們采用安捷倫公司的AMDS軟件來調(diào)試IML天線,較好地解決了這一問題。

          1)由圖2可以看出,在彎曲度大的地方拉伸時的變形量也相對較大,為了減小成型時的變形對天線性能的影響,應(yīng)盡量將天線的設(shè)計到平面上,通過AMDS的可以很容易地找到天線的。

          2)AMDS軟件可以在網(wǎng)格化后很清楚地顯示手機(jī)殼里的天線形狀和尺寸,形象地模擬了天線的真實環(huán)境,仿真結(jié)果精確,且高效快速,可以大幅加速設(shè)計開發(fā)周期,減少設(shè)計成本。

          圖2 網(wǎng)格拉伸示意圖

          3 仿真設(shè)計IML天線

          3.1 仿真模型建立

          仿真的流程是:導(dǎo)入3D 模型→設(shè)置材料參數(shù)和優(yōu)先級→模型網(wǎng)格化→設(shè)置饋線端口及其它參數(shù)→仿真運算→優(yōu)化設(shè)計。

          在劃分網(wǎng)格時,需要兼顧精度和時間。應(yīng)將天線、PWB等對天線影響大的器件分網(wǎng)格時要密一些,但要確保模型中的天線尺寸和實際尺寸要一致。

          3.2 調(diào)試天線的曲面敏感區(qū)

          1)整體模型的網(wǎng)格劃分:1mm*1mm*1mm.天線網(wǎng)格劃:0.3mm*0.2mm*0.2mm.

          2)從圖3的天線可以看出:該天線的①②部分的彎曲度比較大,在高壓成型后的變形大一些,因此我們需要評估天線這兩個部分的敏感度。

          圖3 手機(jī)天線模型

          將①部分從邊緣開始每0.4mm減去一次,共5次,每減一次計算其RL特性曲線。對②重復(fù)①的操作。在每次變化其中一部分時,天線其他部分應(yīng)保持不變。對天線進(jìn)行仿真得到RL特性曲線如圖4所示:

          ① 部分每次減0.4mm,減5次的RL仿真結(jié)果圖

          ② 部分每次減0.4mm,減5次的RL仿真結(jié)果圖

          圖4 RL仿真比較圖

          從圖4中的兩幅圖中可以看出:①的RL曲線的變化比較大,屬于敏感區(qū),因此在設(shè)計時應(yīng)將①的面積盡量減少,以減少在高壓成型時天線形狀的變形量。綜合天線的設(shè)計經(jīng)驗,將①的位置調(diào)試到③位置(平面區(qū)域)后,再模擬仿真后,天線的性能基本沒有變化,但是減少了天線敏感區(qū)在易拉伸變形區(qū)的面積。經(jīng)過大量的調(diào)試和仿真評估,最后得到的天線為如圖5,這樣天線敏感區(qū)在曲面上的部分轉(zhuǎn)移到平面上,很大程度上減少了在印刷沖壓后造成的天線變形,克服了在天線在IML工藝中最大的難題,為以后的批量生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

          圖5 調(diào)試后的最終天線

          4 測試和仿真結(jié)果

          4.1 仿真和測試結(jié)果的比較

          (1)RL比較

          在天線優(yōu)化設(shè)計后,利用DELL490臺式電腦(帶有一個xFDTD加速卡)進(jìn)行寬帶仿真,耗時58分鐘,得到天線的RL。將上述設(shè)計的天線經(jīng)IML工藝生產(chǎn)后測試和仿真的RL對比如圖6,從圖中可以看到:實測結(jié)果和仿真結(jié)果基本是一致的,也證明了這種天線設(shè)計方案的可行性。

          圖6 虛線是測試數(shù)據(jù),實線是仿真數(shù)據(jù)

          (2)效率的比較

          將該模型的的輸入饋源,采用點頻仿真,并改變相應(yīng)的頻率,經(jīng)過約32分鐘的計算便可得到天線的效率,如表1所示。

          表1 效率仿真和測試結(jié)果對比

          頻率(MHz)

          仿真結(jié)果

          實測結(jié)果

          1850

          52.6%

          54.9%

          1920

          55.1%

          59.2%

          1990

          48.7%

          51.3%

          824

          43.2%

          45.7%

          859

          48.6%

          49.8%

          894

          44.1%

          46.4%

          (3)比較

          SAR(Specific Absorption Rate),手機(jī)行業(yè)中主要關(guān)注的是天線對人類頭部的影響,SAR值的大小和手機(jī)的輻射功率密切相關(guān)。在天線設(shè)計中,要盡量減少SAR值,使之通過相應(yīng)的規(guī)范。在軟件仿真中,將SAM(頭部)模型導(dǎo)入原來模型中,并調(diào)節(jié)手機(jī)和SAM到合適位置,采用點頻饋源仿真。注意:在仿真不同頻率SAR時,要改變不同頻率下組織液的相對介電常數(shù)和導(dǎo)電率,一次計算大約47分鐘后得到如表2的仿真結(jié)果。

          表2 SAR仿真和測試結(jié)果對比

          信道

          仿真結(jié)果

          實際測試結(jié)果

          Ch512

          0.956mw/g

          1.08mw/g

          Ch661

          1.062mw/g

          1.16mw/g

          Ch810

          0.904mw/g

          1.03mw/g

          Ch128

          1.051mw/g

          1.04mw/g

          Ch190

          1.127mw/g

          1.21mw/g

          Ch251

          1.024mw/g

          1.18mw/g

          從實驗室的測試數(shù)據(jù)看,仿真和測試有很好的一致性。

          (4)比較

          HAC(Hearing Aid Compatibility)。在進(jìn)入美國的手機(jī)中,有一部分手機(jī)需要測試HAC并要通過相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。表3 HAC仿真和測試結(jié)果對比

          Measure

          Simulation

          E-Field

          (V/m)

          H-Field

          (A/m)

          E-Field (V/m)

          H-Field

          (A/m)

          Ch512

          162/M2

          0.351/M2

          154.360/M2

          0.3434/M2

          Ch661

          168.2/M2

          0.401/M2

          159.691/M2

          0.3962/M2

          Ch810

          165.3/M2

          0.337/M3

          156.159/M2

          0.3385/M3

          Ch128

          329.7/M1

          0.31 /M3

          316.62/M1

          0.3265/M3

          Ch190

          340.2/M1

          0.329/M3

          343.624/M1

          0.3315/M3

          Ch251

          338.8/M1

          0.345/M2

          340.414/M1

          0.3518/M2

          4.2 傳統(tǒng)天線設(shè)計和仿真技術(shù)的比較

          從表4可以看出采用軟件仿真可以減少設(shè)計成本,縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,并且可以很好地解決IML技術(shù)中的問題。

          表4 傳統(tǒng)天線設(shè)計和仿真技術(shù)的比較

          可行性

          時間

          精度

          費用/元

          其他

          I

          M

          L

          仿真技術(shù)

          3天

          85%

          基本無

          可找出敏感區(qū)

          MOCKUP

          參考

          5~7天

          60%

          2000~5000

          N/A

          傳統(tǒng)設(shè)計

          仿真技術(shù)

          3天

          85%

          基本無

          可模擬整機(jī)

          MOCKUP

          5~7天

          90%

          2000~5000

          N/A

          5 結(jié)論和體會

          本文設(shè)計了一款基于IML工藝的雙頻手機(jī)天線,由于用IML工藝生產(chǎn)的天線是集成在手機(jī)殼里的,難以采用傳統(tǒng)方法調(diào)試,因此我們用電磁仿真軟件AMDS設(shè)計、調(diào)試了天線,根據(jù)設(shè)計生產(chǎn)出了IML天線樣品并測出了RL曲線,仿真與測試結(jié)果有很好的一致性,驗證了我們的設(shè)計的。采用這種新技術(shù),新工藝設(shè)計天線可以節(jié)約大量的成本,縮短研發(fā)周期,提高產(chǎn)品的競爭力。



          關(guān)鍵詞: IML 仿真 敏感區(qū) SAR HAC

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