摘要: 手機在人們的生活中起著越來越重要的作用, 而手機在發送接收信號時性能的好壞, 一定程度上取決于射頻電路天線部分的設計。介紹了GSM 頻段手機外置天線的原理和電氣特性要求, 及依據天線工作原理工廠對手機天線的檢驗方法。

1　GSM 手機外置天線的原理
    手機天線對整個手機來說是一顆機構電子料, 他的外觀同工業設計有關系。這里著重講述手機外置(exposed)天線電氣方面的原理。

    當電能量加到并聯諧振網絡上時, 并聯諧振網絡就會向外發射一定頻率F = 1/2π√LC 的電磁波。當并聯諧振網絡處在電磁場中, 他會產生一定頻率F = 1/2π√LC的電能量, 且頻率F 與電磁波頻率一致時, 產生電能量相對最大。手機天線就是運用這樣的電氣原理, 為了更好地發送和接收電磁波, 將并聯諧振回路中的電容兩個板極打開, 以電感為振子。電容性以分布容性實現, 因中國的全球通波段和歐洲一致, EGSM (低發高收880～ 915MHz 及925～ 960MHz) 加DCS (發1710～ 1785MHz, 收1805～1885 MHz) , 總對天線來說要求DualBand (880～ 960MHz, 1710～ 1880MHz)。故電感為一個有兩種疏密度的線圈, 以滿足兩波段頻率發送接收的需要。
 
    若是做三頻天線, 因PCS 頻段與DCS 頻段接近, 只需在DCS 頻段上擴展就可以。調節手機天線電氣性能時,需要一只最終定型的手機(所有其他部件不再會改變) 制作手機天線測試工具, 在其天線連接的部位引1 根鋼管線出來安裝SMA 頭。通過接校準過單端口S11 參數的矢量網絡分析儀Aginlent8753 來顯示天線在兩個頻段的S11特性, 應該在有用頻段內小于- 10 dB, 測試時周圍不應該有金屬反射面, 有些廠商EGSM 頻段做不到小于- 10 dB,那最低要求也要做到小于- 8 dB。

    若滿足不了S11 特性, 就要通過改變線圈的長度和疏密度及手機內部PCB 板匹配網絡來滿足S11 參數特性。參數達標后, 將線圈固定并拍照記錄下線圈的長度和疏密度, 使之可用以大量生產, 并記錄下匹配網絡各被動器件參數用于手機內部PCB 板匹配網絡制作。若是翻蓋手機,S11 在閉合和打開時都滿足所測標準, 主要考察打開時的S11。S11 與V SWR 有對應換算關系。調好S11 后, 還要測其增益與方向性, 這就要求在3D 或2Dchamber 里測試, 繪出圖形, 再換算成理論要求平均增益, 接近于0 dB。但實際做不到, 一般要求EGSM 頻段不小于- 1 dB, DCS頻段不小于- 2 dB。內置天線更低為- 4 dB, 另外SAR 測試也要達標, 這要求在專用的SAR 實驗室測試(實驗室必須具有國際認證資格) 目前國家并沒有做強制要求。

    因為要做到電氣性能達標, 線圈必須大于一定長度,所以天線外露出機殼的部分必須大于1614mm, 但是把線圈縮入機殼內的除外。除裝配合格外, 手機外置天線要做落甩實驗, 直板機從高度為115 m 落下, 折疊機為112 m。經落甩后機構電氣性能都不能改變。

2　外置天線參數檢驗方法
    手機整機廠商檢驗手機外置天線產品參數是否合格的簡便方法:
(1) 頻率范圍(frequency range) 用校正過單端口S11的網絡分析測S11 小于- 10 dB 的范圍涵蓋所需頻段為合格。
(2) 阻抗( impedance) 用較正后的網絡分析儀測阻抗密斯圓圖上, (0, 0) 是匹配點(50 8 )。
(3) 回波損耗( return lo se) 測量方法與頻率的測量相同, 帶內回損- 10 dB。
(4) 電壓駐波比(V SWR) 用網絡分析儀測, 先較正單端口S11, 按Fo rmat 后測SWR。
( 5) 增益(gain) 需在隔離度優于- 80 dB 的屏蔽室(chamber) 中進行測量。在手機以天線連接到PCB 接口處引一個RF cable 出來, 加信號發時, 用標準天線測待測天線發射出來的功率(近場測試)。所得測試及功率除以加到天線到PCB 接口處信號的功率即為增益。
( 6) 額定功率(power rating) 需要在隔離度優于- 80 dB的屏蔽中測量。取手機一部裝上S IM 卡和電池,開機使手機處于發射狀態, 用標準天線作近場測量。測出的功率為額定功率。
(7) 極化方向(polarization) 可用垂直極化(vertical polarizat ion ) 標準天線測量。如果被測天線是水平極化(horizontal polarizat ion) , 那垂直標準極化天線幾乎收不到信號。

3　結語
    現在人們為了手機外殼的簡約美觀而去掉外置式天線, 因此手機天線向內置式發展, 但內置天線增益較低, 造成手機收發性能不好, 在基站信號較弱的地方容易斷話。故手機外置式天線在手機業中仍占有一席之地, 研究并做好、做小手機外置式天線仍是市場的需求。