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[问答] 几种典型的金属边框的设计方法以及设计思路介绍
118 天线 信号
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目前市面上主流的智能机都是采用金属边框的工艺,而金属边框的机器对于天线调试难度很大。
金属边框天线设计主要是利用金属边框做为天线的一部分进行辐射,这种方式一般只有以下几种天线形式:IFA,Monopole,Loop。

下面就为大家介绍几种典型的金属边框的设计方法以及设计思路。
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2019-6-13 06:46:38   评论 分享淘帖 邀请回答
3个回答
1、此种断开方式是最为常见的一种方式,但是在模具上会存在两种,一种是模内注塑,另一种就是不采用模内注塑,靠拆结构件组成。

根据前面介绍,此种断开,主天线部分可以有两种方式选择:IFA、Monopole
1.1、IFA
采用IFA方式设计,就需要利用地馈点的位置以及天线走线来控制天线的长短,阻抗等等。
一般前期设计我们需要预留多几个接地馈点,以便在实际调试时改变地点。

图中,绿色部分为地馈点,黄色部分为信号馈点,红色部分为接入点位置。
此种方式为典型的IFA天线设计。
问题:
1)、为何很多整机如下图所示设计?信号馈点直接接触到金属边框,那么天线的FPC只需要从接入点1接入。

2)、为何有部分人认为金属框的断开长度必须为48mm?还是48mm是最佳选择?
此种典型的IFA设计的利与弊:
a)利:
采用此种形式设计,好处在于,天线容易控制,调试起来比较容易,不需要加特别多的匹配来调谐阻抗。并且天线不会很敏感,不会因为喷涂工艺的厚薄使天线偏差太大。
b)弊:
此种方式设计存在最大的弊端是,结构方面。
此种设计,至少需要2个位置与金属框接触。对于紧凑的空间,此种方式对结构设计是一种考验。
1.2、Monopole
采用Monopole方式设计,只需要利用一个接入点,主要靠调试天线匹配来调谐天线的频率点。

图中,绿色部分为地馈点,黄色部分为信号馈点,红色部分为接入点位置。
此种方式为典型的Monopole天线设计。
问题:
下面这种接触方式,从信号馈点直接接触到金属边框。此种方式设计存在哪些问题?

此种Monopole方式设计的利与弊:
a)利:
采用此种形式设计,好处在于,结构简单,只需要考虑一个接入点。
b)弊:
此种方式设计存在最大的弊端是,天线性能。
此种设计,需预留至少M型匹配电路,更有可能需要改为双π型匹配电路,对天线公司调试匹配的要求比较高。由于天线阻抗完全靠匹配来控制,所以存在损耗。
几种变形:

1.3、此种断开方式的分集以及三合一天线的处理方式
1.3.1、三合一天线:
一般考虑到用户体验,都会利用中间那一段做为三合一天线部分。
1)、Monopole方式:
此种方式结构最为简单,只需要考虑到单点的接触即可。

2)IFA 方式
此种方式需要增加一个接地馈点,但是接地馈点的位置很重要。

1.3.2、分集天线:
既然环境最好的一部分金属框已经让给三合一天线,那么剩下的只有两边的金属框能利用。分集天线也有几种形式:
1)IFA:
此种方式的难点在于如何找到接入点位置,接入点太远,会导致谐振偏短,接入点太近又可能导致谐振偏长。

1.3.3、Loop
此种方式的难点在于结构上是否有空间用来做天线面积,因为上端的主板结构都很紧凑。

2019-6-13 11:43:08 评论

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1、此种断开方式是最为常见的一种方式,但是在模具上会存在两种,一种是模内注塑,另一种就是不采用模内注塑,靠拆结构件组成。

根据前面介绍,此种断开,主天线部分可以有两种方式选择:IFA、Monopole
1.1、IFA
采用IFA方式设计,就需要利用地馈点的位置以及天线走线来控制天线的长短,阻抗等等。
一般前期设计我们需要预留多几个接地馈点,以便在实际调试时改变地点。

图中,绿色部分为地馈点,黄色部分为信号馈点,红色部分为接入点位置。
此种方式为典型的IFA天线设计。
问题:
1)、为何很多整机如下图所示设计?信号馈点直接接触到金属边框,那么天线的FPC只需要从接入点1接入。

2)、为何有部分人认为金属框的断开长度必须为48mm?还是48mm是最佳选择?
此种典型的IFA设计的利与弊:
a)利:
采用此种形式设计,好处在于,天线容易控制,调试起来比较容易,不需要加特别多的匹配来调谐阻抗。并且天线不会很敏感,不会因为喷涂工艺的厚薄使天线偏差太大。
b)弊:
此种方式设计存在最大的弊端是,结构方面。
此种设计,至少需要2个位置与金属框接触。对于紧凑的空间,此种方式对结构设计是一种考验。
1.2、Monopole
采用Monopole方式设计,只需要利用一个接入点,主要靠调试天线匹配来调谐天线的频率点。

图中,绿色部分为地馈点,黄色部分为信号馈点,红色部分为接入点位置。
此种方式为典型的Monopole天线设计。
问题:
下面这种接触方式,从信号馈点直接接触到金属边框。此种方式设计存在哪些问题?

此种Monopole方式设计的利与弊:
a)利:
采用此种形式设计,好处在于,结构简单,只需要考虑一个接入点。
b)弊:
此种方式设计存在最大的弊端是,天线性能。
此种设计,需预留至少M型匹配电路,更有可能需要改为双π型匹配电路,对天线公司调试匹配的要求比较高。由于天线阻抗完全靠匹配来控制,所以存在损耗。
几种变形:

1.3、此种断开方式的分集以及三合一天线的处理方式
1.3.1、三合一天线:
一般考虑到用户体验,都会利用中间那一段做为三合一天线部分。
1)、Monopole方式:
此种方式结构最为简单,只需要考虑到单点的接触即可。

2)IFA 方式
此种方式需要增加一个接地馈点,但是接地馈点的位置很重要。

1.3.2、分集天线:
既然环境最好的一部分金属框已经让给三合一天线,那么剩下的只有两边的金属框能利用。分集天线也有几种形式:
1)IFA:
此种方式的难点在于如何找到接入点位置,接入点太远,会导致谐振偏短,接入点太近又可能导致谐振偏长。

1.3.3、Loop
此种方式的难点在于结构上是否有空间用来做天线面积,因为上端的主板结构都很紧凑。

2019-6-13 11:43:20 评论

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2、此种断开方式类似I Phone,但开缝处位于手指边,所以实际使用效果可能会大打折扣。
此种断开,主天线部分可以有三种方式选择:IFA、Monopole、Loop

2.1、IFA
同样,由于ID固定了,那么金属框的长度也是固定的。按照波长计算公式来算,此种方式天线谐振绝对会偏长。那么,我们就需要利用地馈点的位置以及天线走线来控制天线的长短,阻抗等等。
此种设计前期必须要掌握的设计要点:

图中,黄色部分为信号馈点,红色部分为接入点位置,绿色部分为额外引出的接地馈点。
此种方式为典型的IFA天线设计。
1)、信号点的接入位置:
信号点的接入位置直接关系到高频部分的性能,包括4G。
所以前期建议预留多几个接入位置。
2)、地点的接入位置
地点的接入位置直接关系到低频部分的性能。在前期设计时注意预留接地位置。
2.2、Monopole
采用Monopole方式设计,只需要利用一个接入点,主要靠调试天线匹配来调谐天线的频率点。

图中,绿色部分为接地馈点,黄色部分为信号馈点,红色部分为接入点位置。
此种方式为典型的Monopole天线设计。
2.3、Loop
采用Loop方式设计,也只需要利用一个接入点,需要靠调试天线走线和匹配来同时调谐天线的频率点。

图中,绿色部分为接地馈点,黄色部分为信号馈点,红色部分为接入点位置。
三种设计思路的比较:

此种断开方式的分集以及三合一天线的处理方式:
此种断开导致三合一天线与分集天线需共用上方一段。那么只有一段金属框,两个天线该如何才能共用呢?下面介绍两种方法供大家参考:
a)、分集和三合一均采用IFA形式。

图中,黄色部分为信号馈点,红色部分为接入点位置,绿色部分为引入的接地馈点。
b)、三合一采用IFA形式,分集采用Loop形式(也可调换)。

图中,黄色部分为信号馈点,红色部分为接入点位置,绿色部分为引入的接地馈点。
2019-6-13 11:43:43 评论

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总结:
金属边框的天线设计原理很简单,但是要得到一个相对较稳定并且较好的性能就会比较困难。金属边框的天线设计是一个长期的过程,需要工程师有相对丰富的经验与理论知识。从前期评估,到中期调试,再到后期量产,每一个环节都需要重点把控。
后面会和大家分享经典的类似Iphone6天线的设计思路,类似华为Mate7天线的设计思路以及类似索尼Z1无缝边框天线的设计思路,敬请期待。
2019-6-13 11:43:45 评论

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