無線通信設(shè)備上內(nèi)置天線設(shè)計

多頻段天線設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)

近年來，移動通信領(lǐng)域的技術(shù)進步，以及移動電話從商務(wù)工具向手持設(shè)備的轉(zhuǎn)變促使制造商不斷尋找集成日益復(fù)雜的天線的新方法。

移動電話最初只能工作于單一頻率。在歐洲和亞洲采用的通常是歐洲GSM委員會規(guī)定的900MHz或1800MHz兩個頻率中的一個。然而，開發(fā)和制造同時支持兩個頻率的手機所帶來的規(guī)模經(jīng)濟效益，以及漫游功能為網(wǎng)絡(luò)運營商帶來的可觀的利潤，共同導(dǎo)致了可同時支持兩個頻率的雙頻GSM手機的誕生。由于在相當分散的美國移動電話市場上缺少統(tǒng)一的標準，1900MHz的GSM頻率在美國的應(yīng)用啟動很慢。然而，隨著運營商開始看到采用統(tǒng)一技術(shù)的全球漫游能夠帶來巨大的利益，最近幾個月來美國GSM網(wǎng)絡(luò)進行了很大的努力以擴展覆蓋整個美國。雖然許多新的移動電話仍采用雙頻方式，但在未來12-18個月內(nèi)，三頻手機將逐漸成為事實上的GSM標準，即單個手機可支持目前世界上使用的所有三種GSM頻率。最近宣布的第四個主要GSM頻率允許某些運營商從其它技術(shù)過渡到GSM，但這會進一步使手機制造商和天線供應(yīng)商面臨的情況復(fù)雜化，如果他們希望單個手機能夠支持所有GSM頻率的話。

隨著3G網(wǎng)絡(luò)計劃于2002年下半年正式推出，設(shè)計與現(xiàn)有技術(shù)和頻率后向兼容的3G手機所帶來的更多挑戰(zhàn)已迫在眉睫。更重要的是，除了與移動電話網(wǎng)絡(luò)通信以外，未來的移動電話還必須能夠與許多其它設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)進行通信，而它們采用的技術(shù)包括藍牙、IEEE
802.11b （無線LAN）和GPS等，這進一步對下一代通信設(shè)備（包括PDA、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、新型因特網(wǎng)家電和眾多其它設(shè)備）的天線設(shè)計提出了更多要求。

內(nèi)置天線設(shè)計

在移動電話設(shè)計中，外置天線逐漸被內(nèi)置式天線所替代。最初有關(guān)內(nèi)置天線性能的擔心現(xiàn)在大部分都不存在了。事實證明，就天線效率這一對移動應(yīng)用來說最關(guān)鍵的電參數(shù)來說，設(shè)計良好的內(nèi)置天線可以提供與外置天線同樣的性能。消費者對更時尚外觀的要求進一步促使手機制造商將天線集成在設(shè)備內(nèi)部。SAR（比吸收率）此前曾被認為是內(nèi)置天線手機的最大問題。然而，測試結(jié)果表明，在采用內(nèi)置天線的移動電話中可以達到相當好的SAR性能。與外置式天線相比，內(nèi)置天線具有同樣的性能、更好的外觀特性和更為堅固，因此從外置向內(nèi)置式天線的轉(zhuǎn)變已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。

天線性能標準

采用內(nèi)置天線的主要設(shè)備類型，幾乎所有的都采用了PIFA（平面反轉(zhuǎn)F天線）結(jié)構(gòu)。此類天線的性能主要包括以下方面：

● 物理尺寸

● 電學設(shè)計質(zhì)量

● 電介質(zhì)襯底及外殼的射頻（RF）材料特點（介電常數(shù)和損耗角正切值）

● 封裝和整個設(shè)備的設(shè)計

對系統(tǒng)設(shè)計人員來說，在產(chǎn)品設(shè)計過程的早期充分理解不同內(nèi)置天線技術(shù)的特點和功能是非常重要的。對天線尺寸的過度樂觀的假設(shè)會導(dǎo)致最后不得不在封裝和天線性能間進行折衷。

多數(shù)無線手持設(shè)備的內(nèi)置天線位于系統(tǒng)地線層的上方并采用PIFA結(jié)構(gòu)。移動電話PIFA的一個關(guān)鍵物理參數(shù)是輻射器高出地線層的高度。目前多數(shù)商品化解決方案都采用7mm至9mm的高度。然而，需要指出的是智能封裝提供了使這一高度最小化而同時又可保持天線性能的機會（這種應(yīng)用的一個例子是單面電路板，雖然在一些具有想象力的設(shè)計中還可以采用更多的方法）。

內(nèi)置天線制造技術(shù)

未來所面臨的挑戰(zhàn)是在緊湊的成本合理的封裝內(nèi)集成下一代設(shè)計所需要的日益增強的功能和帶寬。目前無線手持設(shè)備內(nèi)置天線通常是采用沖壓金屬設(shè)計，或采用兩次注料注壓選擇鍍層塑料結(jié)構(gòu)。

沖壓金屬天線的優(yōu)點提供了一個成本效率相對較高的解決方案。雖然到PCB的金屬觸點位置偏差是一個挑戰(zhàn)，但這種方法還是可在天線中集成與PCB接觸的彈簧。進一步，沖壓金屬天線可達到的3D形狀是相當有限的，因此手機殼內(nèi)的物理空間并不總是能得到最優(yōu)化的使用。

由于沖壓金屬天線的限制，一些制造商選用鍍層塑料天線，采用兩次注料模壓方法和后續(xù)的無電鍍工藝（也稱為MID器件，模制互連器件）。這種兩次注料注壓模制技術(shù)的優(yōu)點是可以制造很復(fù)雜的3-D形狀，從而使手機制造商可更好地利用移動電話殼內(nèi)的空間。然而，這種鍍層塑料天線的不利之處是需要相對復(fù)雜的模具。天線開發(fā)是一個不斷反復(fù)的過程，在手機的開發(fā)過程中，為了抵消機械方面的變化，或其它電子元件的位置變化，需要對天線進行精細的調(diào)整。不幸的是，改變兩次注料注壓模具是一個復(fù)雜耗時且成本高昂的過程。而且，在生產(chǎn)過程中，這種選擇鍍層塑料天線采用了非常慢的無電鍍（化學鍍）工藝，比傳統(tǒng)的電解電鍍需要更多的監(jiān)測和干預(yù)。

手機設(shè)計人員夢想的是這樣的天線技術(shù)：即可以實現(xiàn)復(fù)雜的3-D外形，又沒有設(shè)計、制造和修改兩次注料注壓模具所具有的困難。

數(shù)天內(nèi)即可制造出原型

Molex公司開發(fā)的稱為“Plastenna”的一種新技術(shù)以一種新的利用塑料鍍層方法，既提供了目前其它天線技術(shù)所具有的優(yōu)點，又避免了與注壓塑料天線相關(guān)的許多缺點。新的PlastennaTM技術(shù)所具有的特點包括：

● 3-D 造型

● 精確的機械容差

● 良好的機械剛性

● 可快速制造可電氣測試的原型（ 2 天）

● 簡單的、成本合理的生產(chǎn)加工

● 可大規(guī)模制造

由于新的PlastennaTM技術(shù)與現(xiàn)代原型制作技術(shù)兼容,可電氣測試部件的快速原型制造可在數(shù)天的時間內(nèi)設(shè)計并做出原型和進行電氣測試，這為產(chǎn)品的設(shè)計階段帶來極大的好處。

Molex公司在為移動電話業(yè)務(wù)提供連接器、開關(guān)和鍵盤方面具有多年的經(jīng)驗，是這些產(chǎn)品的主要供應(yīng)商之一。現(xiàn)在Molex公司又在移動電話應(yīng)用產(chǎn)品中增加了天線產(chǎn)品，包括靈活電路、沖壓金屬、陶瓷、MID和PlastennaTM等不同技術(shù)的天線產(chǎn)品。