天线环境如何影响整机性能?.doc
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1、天线环境如何影响整机性能?对很多无线终端产品而言,整机无线性能的调优,最大的难点并非在于天线单体的设计,而在于产品ID、结构堆叠、材质等因素给天线预留的“可见”环境,及产品内部其它零部件产生的电磁干扰等“不可见”环境;从某种程度上讲,天线的环境,对产品整机的无线性能几乎起着决定性的作用。一、天线的环境概述与分类这里天线的环境,主要针对内置类天线,其环境大概可以笼统地分为以下几类。1、预留空间(面积、高低、位置、净空)预留的空间,指产品在设计过程中为天线预留的空间是否充足,主要涉及天线设计区域的面积、天线距离主板的高度、天线的安装位置、净空区域等方面。1)预留给天线本体的面积根据波长-频率的反比
2、关系,天线所需满足的频率越低,波长越长,预留给天线区域的宽度和长度决定着天线的最低频率。2)天线所需的高度或距离天线与主板间的高度(距离)也是重要的考量因素。一般来说,天线距离主板的高度至少需要8MM以上,极端的环境下也至少要做到5MM以上。当天线的高度小于8MM时,天线的辐射效率会受限。如下图1和图2分别为天线垂直于主板及平行于主板放置时的情况。图1图23)天线的位置天线的位置,指的是天线在产品内部结构当中固定的位置,需要考量产品内部的结构层叠,尽量远离干扰源,提供较好的环境给天线以实现良好的效果,并方便工厂端组装。4)净空净空,指的是天线竖直面投影区域内的空旷面积(上下范围都要考虑)。在天
3、线的投影区域范围内,不要铺地(尤其是板载天线),保持天线的净空,以提高天线的辐射效率。图35)天线所需高度不足的例子下面举一个天线所需高度不足的例子。图4如上图所示的是某产品设计的天线,红色标记的为天线的塑胶支架,蜂窝孔外壳为金属材质。图5受限于外壳的装配,该产品设计的天线支架剖面高度只能做得非常低,最高处的高度仅有5MM,最低处距离屏蔽板的高度只有2.5MM,而产品的天线需支持的频段为1880-2690MHz,天线的电压驻波比已到2以下,整机测试天线的效率仅仅为40%左右。这是由于天线距离金属屏蔽外壳高度不够导致天线较难具备好的效率值,这样的结构设计需调整。2、产品的外壳材质1)塑胶外壳介电
4、常数对天线谐振频率影响产品的外壳会对天线的性能产生较大的影响,原因在于天线辐射的区域内,由于外部空间介电常数发生变化,电磁波在穿过介质的过程中,波长会发生变化,从而导致天线的谐振频率发生变化,在实际使用的频率上性能出现偏差。如下图所示为天线的波长与介电常数的关系式。当工作的频率一定时候,天线的波长和介电常数有关。图6在天线的调优过程中,需代入产品外壳影响,因为产品在使用其无线功能时肯定也是带上外壳的,但更重要的是在前期外壳材料选用时尽量少用外喷金属成分涂料漆的外壳。2)金属外壳的开缝与断层处理一般对于金属外壳的电子设备而言,都需要给天线留有辐射的缝隙,常见的是通过开槽或者金属之间做断层处理,从
5、而制造辐射的空间;此外还可利用某段金属壳体作为天线的辐射单元,达到节省空间和美观的效果。如下图所示,金属外壳的顶部做了隔断,中间形成一根独立的金属辐射体,用作低频段的天线;内部采用顶针馈电的结构。感兴趣的可以找一台手机拆开看看。图73、主板地的面积对于天线的设计来说,通常来说主板的地面积越大是越好的。良好的地面积能有效拓宽天线的工作带宽和提升天线的效率。对于做多频段的天线而言,良好的主板接地方式,是提升天线性能的基础之一。4、主板干扰源的处理在某些干扰源施加预留屏蔽措施并有效接地,能相对营造一个较好的“无形的”天线环境。一般说来,常见的干扰源有:CPU、LCD、变压器、喇叭、摄像头、产品内部通
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