一、各種手機(jī)內(nèi)置天線的特點和演變過程
在常見的手機(jī)天線結(jié)構(gòu)中，陶瓷介質(zhì)天線由于Q值很高，帶寬窄，損耗大，并且易受環(huán)境的影響而產(chǎn)生頻率漂移，因此不推薦作為手機(jī)主天線使用，但由于其尺寸小的優(yōu)勢，可以用作對接收靈敏度要求不高的藍(lán)牙天線。PCB板天線也一般僅僅是通過將外置單極子天線通過PCB過孔和PCB走線將輻射體做在PCB板上，并利用介質(zhì)板的介電常數(shù)在一定程度上減小天線尺寸的形式，這種天線也由于介質(zhì)板的損耗常數(shù)而產(chǎn)生一定的損耗，所以在大多數(shù)高端機(jī)情況下也不推薦使用，僅在少數(shù)低端機(jī)和工作頻點較少的情況下才為節(jié)約成本而使用。PCB天線可作外置天線也可作內(nèi)置天線。

PIFA天線自產(chǎn)生以來，一直到今天都一直是內(nèi)置天線的主要形式，因為它尺寸較小，可以充分利用PCB板作為接地面，并通過接地片將諧振長度縮小為四分之波長。但是隨著手機(jī)小型化和集成度更高的發(fā)展要求，原有PIFA天線逐漸顯示出一些對結(jié)構(gòu)方面的嚴(yán)格限制。于是有不少業(yè)界領(lǐng)先的手機(jī)制造商Motorola、Samsung、Sony-Ericsson等公司逐漸改變手機(jī)天線的設(shè)計風(fēng)格，改用各種變形的單極子天線設(shè)計，這樣就減小了結(jié)構(gòu)對天線的依賴性，增加了手機(jī)外觀的靈活性。比如索愛E908的菱形天線設(shè)計，Samsung E708的城墻線（Meander）天線設(shè)計，以及Motorola V3中使用的一個金屬銅棒作為天線的設(shè)計。這些新型的天線設(shè)計顯示了高超的設(shè)計技巧，它們往往不易被天線其他天線廠家和手機(jī)廠家模仿，并逐漸發(fā)展成手機(jī)天線廠家之間和手機(jī)廠商之間競爭的一項核心技術(shù)。

二、 PIFA天線和單極子天線的性能比較
前面我們已經(jīng)分別對單極子天線和PIFA天線的一般特性進(jìn)行過分析，下面我們在幾種重要的特性方面比較一下兩種天線性能的優(yōu)劣。

1．空間結(jié)構(gòu)要求
兩種天線的設(shè)計對空間的預(yù)留都必須考慮Chu極限定理，但在組成上，PIFA要求必須有一個輻射單元和一個大的接地面，兩者互相平行，并且輻射體和接地面之間必須有一個不小的間距。接地面和輻射體都是物理實體，它們必須位于手機(jī)上，所以對結(jié)構(gòu)限制較大。采用PIFA天線手機(jī)不可能做得很薄。

而采用單極子天線進(jìn)行設(shè)計，則天線僅有一個輻射體而沒有地面，因此它對輻射空間的要求就僅僅是天線輻射體周圍的空間而沒有地面的限制，天線占用的輻射空間可以不在手機(jī)體上而在手機(jī)周圍的外界空間。因此對結(jié)構(gòu)的限制較小。

2．可靠性
PIFA天線需要兩個Pin腳，而單極子天線僅僅需要一個Pin腳。如果PIFA天線的接地Pin腳接觸不可靠，則對天線的性能會產(chǎn)生較大的影響，已經(jīng)有天線廠家提供的相關(guān)結(jié)論證實。單個觸點產(chǎn)生的天線問題更容易排查，因此單極子天線比PIFA天線具有更高的可靠性。

3．地面的尺寸對天線性能的影響
對PIFA天線來說，最優(yōu)的帶寬出現(xiàn)在接地面的尺寸大約為0.35，0.85和1.35處。接地面上的最小電流周期為0.5。而對單極子天線來說，則不存在最優(yōu)尺寸限制。而接地面長度的變化對頻率和帶寬的影響如下表所示（資料來源于臺灣中山大學(xué)相關(guān)仿真實驗結(jié)果）：

從上表可以看出，由于接地面的存在，PIFA天線的工作頻率變得相當(dāng)穩(wěn)定，受外界環(huán)境因素的影響很小。這也是PIFA天線在傳統(tǒng)內(nèi)置天線手機(jī)中備受青睞的一個重要原因。

4． SAR值比較

采用PIFA天線作為內(nèi)置天線設(shè)計，由于能量只在手機(jī)外側(cè)半空間輻射，并有較高的前后比，因此具有較好的SAR值。而采用單極子變形天線，能量在全空間輻射，因此SAR值高于PIFA天線，但是內(nèi)置單極子天線比外置天線SAR值會略好。

5．設(shè)計難度

PIFA天線由于接地面的作用使頻率性能變得十分穩(wěn)定，因此其設(shè)計難度相對較小，任何手機(jī)天線廠家都樂于采用PIFA天線做設(shè)計。而內(nèi)置單極子天線受結(jié)構(gòu)件的影響較大，加上人手和使用手機(jī)的人體對它的影響都較大，在設(shè)計時需要考慮各種環(huán)境因素對它的影響，因此設(shè)計難度較大。但結(jié)合用戶的使用要求，在待機(jī)狀態(tài)、使用狀態(tài)下根據(jù)用戶通常的持機(jī)習(xí)慣結(jié)合手機(jī)的結(jié)構(gòu)將天線設(shè)計成不同狀態(tài)下呈現(xiàn)不同的方向圖特性，但最終能夠滿足用戶的要求，這種天線設(shè)計方式需要很高的技巧，但也具有很強(qiáng)的市場競爭力，這類手機(jī)不易被其他廠家模仿，這也是少數(shù)領(lǐng)先的手機(jī)廠商在最新上市的殺手锏類機(jī)型中通常使用這類天線做手機(jī)設(shè)計的重要原因。索愛E908中的天線在閉蓋和翻蓋下有不同的方向性，Motorola V3中用一根金屬棒即可以做設(shè)計，都顯示了很高的天線設(shè)計技巧。

三、結(jié)構(gòu)射頻規(guī)則

以下介紹采用PIFA天線和單極子天線做內(nèi)置天線設(shè)計的主要結(jié)構(gòu)規(guī)則。

[規(guī)則1] 在設(shè)計任何種類的移動電話內(nèi)置天線時，為獲得盡可能好的性能，和天線制造商應(yīng)在最初階段以來開始設(shè)計天線是很重要的，這對內(nèi)置天線廠家來說尤其重要。

[規(guī)則2] 使用盡可能大的空間：對天線性能來說，尺寸越大越好。GSM三頻天線推薦的尺寸是20×40×8mm（PIFA，PCB單側(cè)），或14×40mm（Monopole，PCB雙側(cè)）。對PIFA天線，輻射體和地面的高度是帶寬的主要決定因素，推薦為8mm，最低不得小于6.5mm。

[規(guī)則3] PCB長度對天線增益有顯著的影響，推薦雙頻PCB長度不得小于80mm。當(dāng)PCB長度小于80mm時，增益顯著惡化。如做多頻段設(shè)計，PCB長度應(yīng)適當(dāng)加長。

[規(guī)則4] 天線應(yīng)遠(yuǎn)離以下金屬物體，保持6mm以上間距，并要求以下物體有良好的接地：LCD、攝像頭、液晶屏、按鍵等的彎曲電纜、連接振蕩器或揚聲器的導(dǎo)線、含金屬的螺絲或螺母。

[規(guī)則5] 饋點和短接電路點接近接地片（手機(jī)PCB板）的邊緣，對彈片接觸來說，彎折點和PCB焊點的距離應(yīng)為4－5mm。

[規(guī)則6] 不要屏蔽焊點，盡可能減少EMC遮護(hù)板。

[規(guī)則7] 發(fā)射片的邊緣盡可能靠近接地片邊緣，甚至可以超出接地片邊緣。

[規(guī)則8] 手機(jī)所有金屬必須正確接地，避免能量損失和附加不輻射諧振，關(guān)注射頻屏蔽罩。

[規(guī)則9] 發(fā)射片和接地片之間的空間盡可能多地填充空氣，支撐物應(yīng)盡可能少。

[規(guī)則10] 天線推薦和避免放置的位置：

避免放置位置

[規(guī)則11] 推薦天線形狀為天線結(jié)構(gòu)附近盡量減少其他物體，保持天線為一金屬片狀結(jié)構(gòu)，盡量避免減小天線寬度。（結(jié)構(gòu)）

可行但設(shè)計難度較大、性能較差的情況是天線上有較大的孔（如測試端口和攝像頭），為安裝電池或其他需要減小天線尺寸（建議電池扣放在側(cè)面，以避免影響天線形狀）。

[規(guī)則12] 推薦焊盤大小2×3mm，間距2mm。（PCB）

[規(guī)則13] 連接天線饋電點的傳輸線盡量采用共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（CPW）。（結(jié)構(gòu)和PCB）

[規(guī)則14] 天線下方盡量減少元件，特別是較高的元件。天線下放置元件的面積最多不超過30％，最高元器件與天線的間距最少要確保為2mm。（結(jié)構(gòu)）

[規(guī)則15] 不能在天線正下方放置匹配焊盤，匹配元器件應(yīng)在天線饋電點附近。（PCB）

[規(guī)則16] 天線與電池的最小距離為10mm。（結(jié)構(gòu)）

[規(guī)則17] 天線不應(yīng)被耦合到屏蔽罩，所有接地屏蔽應(yīng)與天線有6mm間隔。（結(jié)構(gòu)）

[規(guī)則18] Hinge的Flex Film Cable應(yīng)與天線保持6mm距離。（結(jié)構(gòu)）

[規(guī)則19] 天線塑料蓋內(nèi)側(cè)和后側(cè)使用最少的金屬噴涂。（EMC）

[規(guī)則20] 避開有爭議的PCB板寬，在有DCS工作的情況下，PCB寬度推薦設(shè)計為35mm或45mm，不要設(shè)計在40mm，以避免形成DCS交叉極化。