PIFA天线介绍

PIFA天线是从微带天线演变而来的，英文资料里也称为Patch Antenna。最简单的patch天线是一个金属片平行放置于地平面上，用同轴线或者微带线馈电即可。其辐射主要靠边缘场。假设该天线平行于大地放置，其形状为矩形，长边左右摆放，长边的长度为1/4波长。如果左边缘的场是从patch到地，那么右边缘刚好反向从地到将左右两个边缘的电场分解成水平和垂直分量，你会发现垂直分量抵消，水平分量加强。这样将会产生平行于地平面的线极化远场。就手机而言，pifa天线的主极化一般是平行于手机主地平面。此时，可以得到两个基本结论：1，这种天线的谐振波长为贴片长边的4倍（实际中请考虑介质的波长缩短效应，正比于1/sqrt(epsilon)；2，这种天线的辐射主要靠边缘。而边缘的场越往外倾斜，辐射越好（开放场）。这就是为什么PIFA天线的高度如此重要的原因。

加一个接地片（很多加在馈电附近）后，从微观角度来看贴片上的电流将改变流向，部分电流从右侧会流回来再回到地。这样天线的谐振频率就会降低，一般波长会在4倍于贴片长边和短边之和左右（同样要考虑波长缩短效应）。从另一个角度来说，馈电柱与短路柱是一段双线传输线。它将变换天线的阻抗。是一种变压器效应，它将部分容抗变换成感抗，从而使整个天线形成谐振。这段线越长（极限是长到1/4波长）其变化效果越明显（越敏感，实际中就是天线的高度增加）。传输变换原理大家应该清楚。当改变馈电柱和短路柱的横向尺寸或者他们之间的距离时，实际上你是在改变该段传输线的特征阻抗。也就相应地改变变换公式中平方的那部分。这就是为什么我们常说馈电点和短路的改变将比较大的改变天线的阻抗。同时也是为什么说PIFA天线一般可以不要匹配电路可以优化的（事实上，加匹配有时候会反而降低天线的传输性指标）。

PIFA的结构有slot antenna，G antenna等，一般常用G天线。

Slot antenna 中高低频一般是由parasitic（寄生）产生的，由于天线其实要求的是1/4波长，在这种结构中，发射片之间的槽长便近似于1/4波长，因而产生谐振点；G天线则是一般分成两块，基本相，一边产生低频，另一边是高频，通过控制发射片的长度可以改变频率。有时怀疑在两种结构中可能两种产生方式都存在，因为每个天线上都会有最敏感的区域，可能只是哪一种表现出的更强一点而已。

一般认为，PIFA 天线体积大、性能好；滑盖机一般使用此种天线进行设计。具体要求如下：

1. PIFA 的高度应该不小于6.5mm；

2. LCM 的connector 应该布局在主板的键盘面；

3. 天线的宽度应该不小于20mm；

4. 从射频测试口到天线馈点的引线的阻抗保持在50 欧姆；

5. PIFA 天线的附近的器件应该尽量做好屏蔽；

6. 馈点的焊盘应该不小于2mm*3mm;

7. 馈点焊盘（pad）应该居顶靠边；

8. 如果测试座布局有困难，也可以放在天线区域；

9. 天线区域可适当开些定位孔。

10. 内置天线周围七毫米内不能有马达，SPEAKER，RECEIVER 等较大金属物体

Monopole天线介绍

Monopole中文意思为单极子，然而其实际工作原理并不如其名字一样。

先从短偶极子说起，其两臂上的电荷一正一负并成正弦变化时，也就产生了交变电流（场），对外辐射。半波振子，上下臂各四分之一波长。上下臂的电流大小对称流向相同（正负电荷成对），电流强度分布是从中间馈电点处向两端点逐步由大到小。馈点处电流最大，电阻（因为正好谐振没有电抗）最小。这样的天线为平衡天线（天线上电流上下臂平衡）。

现在去掉偶极天线的一臂，将另一臂换成无穷大地，大地对场的反射，根据镜像原理，一正电荷将在其镜像处感应出一负电荷，此时，天线的上臂将产生一镜像，该镜像上的电流分布完全等同于偶极天线的下臂，在这种情况下，我们称这种天线为单极天线。对于无穷大地其辐射图等同于偶极子。如果将地逐步缩小，将无法形成理想镜像，下面地的电流分布将发生变化。

现今的手机，体积越来越小，机体再不能看成是大地，机体越小，手机中的单极天线受手机影响越大，因为手机俨然成为了天线的另一臂了。这种天线是非平衡天线。天线（系统）电流分上布将明显受手机体的影响。当手机的最大尺寸小于系统最小频率的四分之一波长时，天线系统将无法在该频点处产生谐振。如AMPS、PCS双频系统设计，AMPS频段就要求机体长度至少达到824MHz的四分之一波长。

Monopole 天线的效率极高，三星手机常用此种设计，但SAR值比较成问题。但三星折叠机比较多，天线可以远离人脑，SAR相对人脑影响较小。天线设计是个相对比较狭窄的领域，一般的RF工程师都可以进行设计，但要把天线作好是非常不容易的，需要长时间的积累。所以即便NOKIA，也把天线外包给飞创等著名天线设计公司。Monopole antenna 的SAR值，如果直板机的话，一般在2.0以上，大大超过欧标与美标。

Monopole天线体积稍小、性能较差，一般不建议采用。具体要求如下：

1. 内置天线周围七毫米内不能有马达，SPEAKER，RECEIVER 等较大金属物体。

2. 天线的宽度应该不小于15mm；

3. 内置天线附近的结构件（面）不要喷涂导电漆等导电物质。

4. 手机天线区域附近不要做电镀工艺以及避免设计金属装饰件等。

5. 内置天线正上、下方不能有与FPC 重合部分，且相互边缘距离七毫米以上。

6. 内置天线与手机电池的间距应在5mm 以上。

7. Monopole必须悬空，平面结构下不能有PCB的Ground，一般内置天线必须必须离主板3mm（水平方向）,在天线正下放到地的高度必须保证在5mm（垂直方向）以上，可以把主板天线区域的地挖空，目前在超薄的直板机上基本上是满足这个要求。

8. 由于MONOPOLES天线没有参考地，SAR一般比PIFA天线大，这是测试的难点，但是效率比PIFA天线高。

其实对于MONOPOLE天线来说，只要空间够的话其性能还是可以做的比较好的，我做的一款，其效率最高可以到70%多了。关键问题是天线下面不能有地，有地时其性能则大打折扣了目前的PIFA，MONOPOLE天线有些手机厂家不想增加匹配电路，他们不想修改他们的BOM单，所以这也是对手机设计者提出的挑战。特别对于DUAL-BAND，TRI-BAN则是相当难的。在PIFA的设计中，speaker和振荡器的位置完全可以摆放在天线正下方，对speaker来说，高度越矮越好，尺寸直径越小越好，弹片式接触是好于线式接触的，另外在设计天线形状的时候，也可以尽量减少天线和speaker的耦合，对天线性能的影响是基本能作到不受太大的影响的．

多模手机对多频段天线的要求，Monopole的大带宽和高增益，足以应付3G时代跨越2GHz的几百兆带宽需求。内置平面Monopole结构灵活，易于与当今多变的手机结构相配合，特别是在目前市场流行的超薄超小的直板机发挥重要作用。

其它：

如何提高天线的带宽：

1、PIFA的话要加带宽最理想的就是增加天线高度

2、能利用的最大空间中把天线振子尽可能的做粗点，这样对天线带宽应该有所改善

3、你改动匹配电路对天线的带宽及驻波应该也能有所改善

4、修改天线的形式，改变电流的方向

一本专业书籍：

《Plannar Antennas for Wireless Communications》