拆开iphone6 看手机天线的秘密(升级版)【转载】

2016-10-29  by:CAE仿真在线  来源:互联网

手机里有一个隐秘而伟大的部件,知道是什么吗?对了,那就是天线,没有了天线,你也就不能愉快地玩朋友圈了。
说起天线,它也是不断进化的。在上古的大哥大时代,手机傻大黑粗,天线也是“武大郎”的模样。 
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数字手机出现后,天线的颜值也提升了不少。



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 到了智能机时代,你已经看不见天线了。


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天线去哪了天线不可能消失,只是钻进了手机里。这里顺带科普下手机天线的知识。
天线有外置和内置之分,外置就不说了,内置的主要流派是PIFA和MONOPOLE天线。
”1、PIFA天线

PIFA天线的英文全名是“Planar Inverted F-shaped Antenna”,即“平面倒F型天线”。由于整个天线的形状像个倒写的英文字母F,故得名。其基本结构是采用一个平面辐射单元作为辐射体,并以一个大的地面作为反射面,辐射体上有两个互相靠近的Pin脚,分别用于接地和作为馈点。

 
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典型的手机中PIFA结构如下图:


 
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PIFA最重要的三个参数是W,L,H,其中H和天线谐振频率的带宽密切相关。W、L决定天线最低频率。手机PCB的尺寸对PIFA有很大影响,Shielding Case对天线的影响也很大,手机电池芯对PIFA影响强烈。
2、Monopole天线(单极天线)

Monopole中文意思为单极子,工作机理较复杂,这里就不细说了。它的特点是大带宽和高增益,结构灵活,易与当今手机结构配合。


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这是Monopole在手机中的形式。


 


两者区别如下: 
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3、手机天线与射频前端的配合问题手机天线需要与射频前端匹配。这种匹配主要是阻抗的匹配。当工作在双频或多频方式下,由于匹配电路在不同的频段下具有不同的阻抗特征,共用的匹配网络需折衷多频段上的阻抗特性进行匹配。因此匹配电路会比较复杂。单频天线匹配电路:单频天线的匹配电路比较简单,一般采用T型或pi型网络进行匹配。就可以达到很好的匹配效果。所以需要在射频前段预留T型或pi型网络。双频天线一般也可以采用这种匹配方式。

匹配电路示意如下:


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 多频天线的匹配电路:双频或多频的匹配电路有两种匹配方式。一种是天线主通路进行匹配。另外一种就是各个分支通路进行分别匹配。不过,目前主通路匹配的方式比较多。一般双频天线采用两级pi型网络进行匹配。
4、那些著名手机的天线

NOKIA 8210的天线

天线特点:采用PIFA内置天线,双频天线,空气介质


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NOKIA 6210天线



天线特点:采用PIFA内置天线,双频天线,采用介质支撑,天线体积小 
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爱立信337的天线


 

天线特点:螺旋天线,看不出是双频的 
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爱立信T28S的天线



天线特点:天线扁平的外置天线,非螺旋,应该是PCB形式的螺旋


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MOTO V60天线



天线特点:外置天线与内置天线集成在一起,两天线均为垂直极化,因此应该是实现双频的技术。


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MOTO V120 CDMA天线



天线特点:采用记忆性合金制成的拉杆天线,此种天线在北美较流行。注意其与手机的连接方式,此种连接方式是标准的卡接式。 
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下面来说iphone6/6 plus


iPhone 6/6+相较前代手机,多了NFC支持,LTE支持更多频段。天线结构前所未有的复杂。支持的无线通信标准:
1  Cellular: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 (频段 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 13, 17, 18, 19, 20, 25, 26, 28, 29)TD-LTE (频段 38, 39, 40, 41) 全部频段包括:Bands 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 13, 17, 18, 19, 20, 25, 26, 28, 29 ;Bands 34,38, 39, 40, 41 。 进一步整合一下:(B38/B40差距较大,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又可分为: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。 这些频段按照射频元件的工作频率划分为低、中、高三个频段:低频段:【700MHz~1GHz】B13,17,8,20,26(5、18、19),28,29。中频段:【1.7GHz~2.2GHz】B1,25(2),3,4;34,39。高频段:【2.3~2.7GHz扣除2.4~2.5GHz】B7,38,40,41。其中,仅B34不支持LTE。 主天线开关至少为DP15T,TD天线开关至少为SP9T。【DP16T+SP10T】(硬件管脚数目限制,最大为DP19T+SP10T)
2  WiFi/BT:802.11a/b/g/n/ac 无线网络(单天线,双频2.4GHz/5GHz)蓝牙 4.0 无线技术2400~2483.5MHz;4915~5825MHz。
3 AGPS/GLONASS:1575.42MHz
4 NFC:13.56MHzNFC由于工作频率低,其结构不能算是严格意义上的天线,准确的说是一个电感(互感)线圈,应具备包围一定(磁通)面积的环形结构。iPhone 6的金属外壳: 
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背壳的金属分为A、A’、B、B’、C共5部分,其中C、B、B’是内部联通的,充当天线的地;A、A’则是被绝缘隔离条分开的,分别充当上部天线和下部天线。

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天线仍然分为上部和下部两个区域。


iPhone6下部天线 Cellular主天线。 
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下部天线LAT结构相对简单。

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最右侧红圈为天线LAT的地,中间红圈为天线LAT的馈电端口。



左侧蓝圈为Antenna Tunning端口,附近上方的芯片为Antenna Tunning芯片。 (Antenna Tunning技术是从iPhone5开始引入的,目的是更好的适应越来越多的射频频段,上部天线和下部天线均采用此技术,上部天线Tunning电路在主PCB上,下部Tunning电路在尾插排线上。) iPhone 6/6+的下部天线结构基本无差别。
显而易见的尺寸差别导致的天线参数变化,由设计和无源补偿网络及Tunning电路解决。
iPhone6上部天线


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上部天线的结构则复杂的多。


它要实现Cellular副天线、双频WLAN/BT、GPS、NFC等功能。 上部天线包括UAT1、UAT2、UAT3各1个馈电端口和NFC的2个端口。UAT1为天线Tunning端口,影响UAT3;UAT2为WLAN 5GHz频段天线;UAT3功能较多,包括WLAN/BT 2.4GHz、GPS、Cellular副天线。 NFC FD1通过柔性排线(上面有一个表贴电感)和螺丝连接至上金属条的最右端,FD2基本位于此金属条的最左侧,通过天线工件内的导线连接至主PCB,主PCB上此点并不接地,但此点通过螺丝直接固定在金属外壳地。NFC天线环路的面积大体等于上部塑料条圈起的面积。 
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由于NFC天线只有单圈且面积不大,相较传统解决方案耦合系数小得多,需要额外的驱动能力,采用AWS公司芯片AS3923提供驱动,如下图:


 
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上部天线的原理框图为:

 
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iPhone 6+ 下部天线


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Celluar主天线。

Antenna Tunning包括3个芯片。
iPhone 6+ 上部天线


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iPhone 6+的上部天线与iPhone6结构不同。但仍然包括UAT1、UAT2、UAT3各1个馈电端口和NFC的2个端口。


由于iPhone6+尺寸的增大,外壳充当天线实现高频段相对来说更难一些,所以Cellular高频段采用了独立的天线模块实现,外壳天线仅实现中低频段。 

UAT1为天线Tunning端口,影响UAT3;


UAT2为WLAN 2.4/5GHz双频天线,还有Cellular副天线的一个实现频段(高频段B7/38/40/41);


UAT3为 GPS、Cellular副天线的第二实现频段(中低频段)。


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NFC驱动芯片:



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最后奉上整机的射频电路框图(只是猜测,没有实测数据)。 




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