拆開水果6 看手機天線的秘密

2016-11-01 by:CAE仿真在線來源:互聯網

拆開水果6 看手機天線的秘密。手機里有一個隱秘而偉大的部件,知道是什么嗎?對了,那就是天線,沒有了天線,你也就不可能愉快地玩朋友圈了。
說起天線,它也是不斷進化的。在上古的大哥大時代,手機傻大黑粗,天線也是“武大郎”的模樣。

數字手機出現后,天線的顏值也提升了不少。

到了智能機時代,你已經看不見天線了。

天線去哪了?天線不可能消失,只是鉆進了手機里。這里順帶科普下手機天線的知識。天線有外置和內置之分,外置就不說了,內置的主要流派是PIFA和MONOPOLE天線。1 PIFA天線

PIFA天線的英文全名是

“Planar Inverted F-shaped Antenna”,

即“平面倒F型天線”。由于整個天線的形狀像個倒寫的英文字母F,故得名。其基本結構是采用一個平面輻射單元作為輻射體,并以一個大的地面作為反射面,輻射體上有兩個互相靠近的Pin腳,分別用于接地和作為饋點。

典型的手機中PIFA結構如下圖:

PIFA結構PIFA最重要的三個參數是W,L,H,其中H和天線諧振頻率的帶寬密切相關。W、L決定天線最低頻率。手機PCB的尺寸對PIFA有很大影響,Shielding Case對天線的影響也很大,手機電池芯對PIFA影響強烈。2 Monopole天線(單極天線)Monopole中文意思為單極子,工作機理較復雜,這里就不細說了。它的特點是大帶寬和高增益,結構靈活,易與當今手機結構配合。

這是Monopole在手機中的形式。兩者區(qū)別如下:

來談談水果6iPhone 6/6+相較前代手機,多了NFC支持,LTE支持更多頻段。天線結構前所未有的復雜。支持的無線通信標準:1 Cellular(移動網絡)CDMA EV-DO Rev. A (800, 1700/2100, 1900, 2100 MHz)UMTS (WCDMA)/HSPA+/DC-HSDPA (850, 900, 1700/2100, 1900, 2100 MHz)TD-SCDMA 1900 (F), 2000 (A)GSM/EDGE (850, 900, 1800, 1900 MHz)FDD-LTE (頻段 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 13, 17, 18, 19, 20, 25, 26, 28, 29)TD-LTE (頻段 38, 39, 40, 41)
總結一下,全部頻段:Bands 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 13, 17, 18, 19, 20, 25, 26, 28, 29 ;Bands 34,38, 39, 40, 41 。
進一步整合一下:(B38/B40差距較大,一般不整合)TX:Bands 1, 3, 4, 7, 8, 13, 17, 20, 25(2), 26(5、18、19),28; 34, 38,39,40, 41 。RX:Bands 1, 3, 4, 7, 8, 13/17, 20, 25(2), 26(5、18、19),28, 29;34, 38,39,40, 41。RX又可分為:PRX:Bands 1, 3, 4, 7, 8, 13,17, 20, 25(2), 26(5、18、19),28;34, 38,39,40, 41。DRX:Bands 1, 3, 4, 7, 8, 13/17, 20, 25(2), 26(5、18、19),28, 29;38,39,40, 41。
即發(fā)射TX 16個通道(11 FD + 5 TD)加上GSM HB/LB的2個通道,共18通道。接收PRX、DRX分別為16和15通道,頻段并非完全相同。B34由于不支持LTE僅存在于PRX,B29為B2/4/23的CA僅存在于DRX,B13/17的DRX由于頻率接近可合成為一個。(GSM 4個接收通道均包含在PRX/DRX內,B2,3,5,8)
這些頻段按照射頻元件的工作頻率劃分為低、中、高三個頻段:低頻段:【700MHz~1GHz】B13,17,8,20,26(5、18、19),28,29。中頻段:【1.7GHz~2.2GHz】B1,25(2),3,4;34,39。高頻段:【2.3~2.7GHz扣除2.4~2.5GHz】B7,38,40,41。其中,僅B34不支持LTE。
主天線開關至少為DP15T,TD天線開關至少為SP9T (硬件管腳數目限制,最大為DP19T+SP10T) 。
2 WiFi/BT802.11a/b/g/n/ac 無線網絡(單天線,雙頻2.4GHz/5GHz)藍牙 4.0 無線技術2400~2483.5MHz;4915~5825MHz。
3 AGPS/GLONASS1575.42MHz
4 NFC:13.56MHz
NFC由于工作頻率低,其結構不能算是嚴格意義上的天線,準確的說是一個電感(互感)線圈,應具備包圍一定(磁通)面積的環(huán)形結構。iphone6天線外觀iPhone 6的金屬外殼:

背殼的金屬分為A、A’、B、B’、C共5部分,其中C、B、B’是內部聯通的,充當天線的地;A、A’則是被絕緣隔離條分開的,分別充當上部天線和下部天線。

天線仍然分為上部和下部兩個區(qū)域。天線仍然分為上部和下部兩個區(qū)域。Cellular主天線。

下部天線LAT結構相對簡單。最右側紅圈為天線LAT的地,中間紅圈為天線LAT的饋電端口。左側藍圈為Antenna Tunning端口,附近上方的芯片為Antenna Tunning芯片。
(Antenna Tunning技術是從iPhone5開始引入的,目的是更好的適應越來越多的射頻頻段,上部天線和下部天線均采用此技術,上部天線Tunning電路在主PCB上,下部Tunning電路在尾插排線上。)
iPhone 6/6+的下部天線結構基本無差別。

顯而易見的尺寸差別導致的天線參數變化,由設計和無源補償網絡及Tunning電路解決。

iPhone6上部天線

上部天線的結構則復雜的多。它要實現Cellular副天線、雙頻WLAN/BT、GPS、NFC等功能。

上部天線包括UAT1、UAT2、UAT3各1個饋電端口和NFC的2個端口。UAT1為天線Tunning端口,影響UAT3;UAT2為WLAN 5GHz頻段天線;UAT3功能較多,包括WLAN/BT 2.4GHz、GPS、Cellular副天線。
NFC FD1通過柔性排線(上面有一個表貼電感)和螺絲連接至上金屬條的最右端,FD2基本位于此金屬條的最左側,通過天線工件內的導線連接至主PCB,主PCB上此點并不接地,但此點通過螺絲直接固定在金屬外殼地。NFC天線環(huán)路的面積大體等于上部塑料條圈起的面積。

由于NFC天線只有單圈且面積不大,相較傳統(tǒng)解決方案耦合系數小得多,需要額外的驅動能力,采用AWS公司芯片AS3923提供驅動,如下圖:

上部天線的原理框圖為:

iPhone 6+ 下部天線:

Celluar主天線。Antenna Tunning包括3個芯片。iPhone 6+ 上部天線:

iPhone 6+的上部天線與iPhone6結構不同。但仍然包括UAT1、UAT2、UAT3各1個饋電端口和NFC的2個端口。由于iPhone6+尺寸的增大,外殼充當天線實現高頻段相對來說更難一些,所以Cellular高頻段采用了獨立的天線模塊實現,外殼天線僅實現中低頻段。
UAT1為天線Tunning端口,影響UAT3;UAT2為WLAN 2.4/5GHz雙頻天線,還有Cellular副天線的一個實現頻段(高頻段B7/38/40/41);UAT3為 GPS、Cellular副天線的第二實現頻段(中低頻段)。