多年RF调试经验,教新手最简单的天线调试方法

2012-9-29 Ray Work notes

 

几个问题:

1.手机是什么机型?直板、滑盖、还是翻盖?

2.手机主板的长宽尺寸是多少?

3.天线采用什么形式?PIFA、monopole、还是IFA?

4.天线可用面积多少?天线高度多少?

5.天线做在主板的上端还是下端(手机正放)?

6.天线的技术指标是什么?是3D的TRP&TIS、还是2D的TX power & Sensitivity?

7.天线周围的环境如何?周围是否有speaker、camera、moto?与天线距离如何?

8.机壳环境如何?前框是否金属?电池后盖是否金属?天线附件是否有金属物体,如装饰件等?

9.无关金属接地是否做好了?金属框架接地的位置是否进行过筛选?是否是最佳接地点?

10.是否按照排除法,找到了干扰源?

11.无源驻波好,动态测试差,是否进行过天线增益效率的测试?

 

几个建议:

1.手机前框是金属,需要去找接地点,而且这个接地点是要选择,不同的接地点对于性能的影响是很大的。

2.电池后盖也要考虑是否要接地(这个不是一定的,要通过实验确定),选择接地点,找出最佳位置。

3.Switch离馈点远,需要用到很长的微带线,很有可能引入干扰问题。

4.点测,...

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手机内置天线设计

2010-12-4 Ray Work notes

PIFA 天线基本注意:
1 ,天线空间一般要求预留空间: W (宽), L (长), H (高)其中 W ( 15-25mm )、   L ( 35-45mm )、
H ( 6-8mm) 。其中 H 和天线谐振频率的带宽密切相关。 W 、 L 决定天线的最低频率。如果天
线面积如下:
双频( GSM/DCS ): 600x6~8mm
三频( GSM/DCS/PCS ): 700x7~8mm
满足以上要求则 GSM 频段一般可能达到 -1~0dBi , DCS/PCS 可达 0~1dBi 。当然高度越高越
好,带宽性能得到保证。
2 ,内置天线尽量远离周围马达、 SPEARKER 、 RECEIVER 等较大金属物体。有时候有摄像
头出现,这时候应该把天线这块挖空,尽量作好摄像头 FPC 的屏蔽(镀银襁),否则会影响
接收灵敏度。尽量避免 PCB 上微带、引线等与天线弹片平行。
3 ,内置天线附近的结构件(面)不要有喷涂导电漆等导电物质。
4 ,手机天线附近区域不要做电镀工艺以及避免设计金属装饰件等。 有环形的金属圈就要接
地 .   装饰件,通过导电布接到入件上再接到电路板的边缘,即导地。
5 ,内置天线正上、下方不能有与 FPC 重合部分,且相互边缘距离 3mm 以上。
6 ,内置天线与手机电池的间距应在 5mm 以上。
7 ,手机 PCB 的长度对 PIFA 天线的性能有重要的影响,目前直板机 PCB 的长度在 75-105mm
之间这个水平。
8 ,馈电点的焊盘应该不小于 2x3mm ;馈电点应该靠边缘。
9 ,天线区域可适当开些定位孔!
10 ,在目前的有些超薄滑盖机中,由于天线高度不够,可以通过挖空 PIFA 天线下方的地,
然后在其背面再加一个金属片,起到一个参考地的作用,达到满足设计带宽的要求。

MONOPOLE 天线的基本注意:
内置的 MONOPOLE 天线体积稍小,性能较外置天线差。具体要求如下:
1 ,内置天线周围 3mm 内不能有马达、 SPEARKER 、 RECEIVER 等较大金属物体。
2 ,天线的宽度应该不小于 15mm 。
3 ,内置天线附近的结构件(面)不要喷涂导电漆等导电物质。
4 ,手机天线区域附近不要做电镀工艺以及避免设计金属装饰件等。
5 ,内置天线正上、下方不能有与 FPC 重合部分,且相互边缘距离 3mm 以上。
6 ,内置天线与手机电池的间距应在 5mm 以上。
7 , MONOPOLE 必须悬空,平面结构下不能有 PCB 的 Ground ,一般内置天线必须离主板
3mm (水平方向),在天线正下方到地的高度必须保持在 5mm (垂直方向)以上(如下示意
图),可以把主板天线区域的地挖空,目前在超薄的直板机上基本上是满足这个要求。
 
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8 ,由于 MONOPOLE 天线没有参考的地, SAR 一般比 PIFA 天线大,实际应用中受到限制

且这是测试的难点,但是效率一般比 PIFA 高。 离电池要 5mm 以上。

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假内置天线的注意事项:

相同的方向尽量不要有大的铜箔和密集的布线。

2 ,假内置天线的最小空间要   WxL=10x20mm ,

3 ,周围元件离天线应该尽量远些。实际上安排可参照如下: Speaker 磁性大要离天线尽量远

些,相对 Camera   磁性小些可以安排据天线近些。

4 ,假内置天线,效率不高, GSM 可以达到 31 , DCS 可以达到 25   ;如果采用陶瓷天线高

频可以达到 28 左右,但低频会降低到 27-28 左右。

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倒 F 天线的注意事项:

不同于 PIFA 天线的倒 F 天线,弹片如单极天线是窄片或丝线,双馈电点。此种天线的注意

如单极天线,天线必须悬空,要求天线周围 3mm 范围内不能有大的铜箔和元器件。正下方

不得有元器件。天线的最小空间要 10x40x10mm 左右。

 

 

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FICA 天线的注意事项 , 如右图:
 
FICA 天线一实例

 
本天线的特点是高频带宽比较大,是做三频、四频等内置天线的首选。该天线占的面积理论
上是 PIFA 天线的一半左右,可以避开大的金属元器件。该天线物理结构特点是曲折的长微
带线双条并行,保持两条微带之间的距离会对天线的参数有影响。
1 ,要求天线所占平面的下方要铺满地铜箔,并且天线正下方不能有大的元器件。
2 ,天线的高度要 6-8mm
3 ,天线的馈电点比较有特点,两个馈电点可以较远。安排馈电点的原则是在 PCB 的顶端或
边缘,两个馈电点到天线弹片的尾端长度一般要对称相等。
4 ,天线的周围机壳上的处理不要有金属饰物和导电漆。这一点是所有天线的要求。
 

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工作笔记---主板上元器件干扰影响天线TIS性能

2010-11-13 Ray Work notes

手里有个GSM四频加WCDMA的项目,暗室测得GSM850/900/1800的TIS分别为-98dBm,-96.5dBm,-100dBm。天线的无源数据都在30%以上,看了下耦合灵敏度也很差,判断可能是主板上存在干扰。

昨晚客户打电话说今天一起加班查找下原因,其实严格来说这种问题并不属于天线供应商要负责解决的。但是没办法,客户一时半会找不到干扰源,时间拖久的话这个项目就死掉了,项目挂了无论是对天线供应商还是终端客户以及方案商都是没有一点好处的,所以只好协助客户解决。

直板机,硬件采用高通方案,3.8寸触屏,ANDROID系统,天线在机器下方,部分净空,高度6.8mm。

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初步判断可能是LCD影响天线性能,把LCD充分接地,前端的FPC用导电布包好,测试发现900频段CH124的TIS为-96.5dBm,然后将天线下方板子背面的屏蔽罩用铜箔包起来,测试数据仍旧无太大提升。

将LCD去掉,测试900频段CH124的TIS为-99.9dBm,TIS与之前对比提升3.4dB,但是离正常的数值还有一定差距。

之前做过一个项目,触摸屏对TIS影响较大,最终客户换用其他厂家的触摸屏后问题解决。此机器触屏在天线正下方,将触屏去掉测试,CH124的TIS为-102dBm,问题解决。

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蓝牙和WIFI共存设计

2010-10-25 Ray Work notes

蓝牙和802.11b/g/n都可能工作在2.4GISM,可能互相干扰。干扰的典型应用之一是VOIP,用手机的WLAN打VOIP电话,用蓝牙耳机来通话。互相干扰的后果是用户能感觉到通话质量的下降。
  设计上有些方法能够减少相互干扰,尽量维持蓝牙和wifi的throughput,使得用户的使用体验不受影响。方法主要是AFH和分时。

  是否存在相互干扰和相互干扰是否严重受以下条件影响:
  1.共用天线还是单独用自己天线
  2.干扰是噪音还是阻塞
  3.蓝牙通信频率是否落在wifi带内
  4.蓝牙和wifi是接收还是发射
  5.蓝牙和wifi的具体应用的通信特点

  共用天线还是单独用自己天线
  如果蓝牙和wifi使用单独的天线,蓝牙天线和wifi天线之间的隔离大小会影响干扰的程度。如果认为有一定的隔离度,蓝牙和wifi是可以同时发射或者接收的。
  如果蓝牙和wifi共用天线,蓝牙和wifi不可以同时工作。(如果不考虑相互干扰,可以同时接收。)

  干扰是噪音还是阻塞
  干扰分为两种。一种是噪音,主要发生在频率冲突时;另一种是大信号阻塞,和频率是否冲突没有关系,和具体射频设计及天线间隔离有关系。

  蓝牙通信频率是否落在wifi带内
  如果蓝牙通信频率落在wifi频带内,噪音干扰和阻塞干扰都会有。如果蓝牙通信频率落在wifi频带外,只有阻塞干扰。
  AFH是针对噪音干扰最好的方法,蓝牙和wifi的性能都能维持100%。唯一问题是无法解决阻塞干扰。

  蓝牙和wifi是接收还是发射
  假设蓝牙和wifi使用自己单独的天线,蓝牙和wifi是能够同时发射和同时接收的。如果一个发射,一个接收,在频率冲突时会有相互干扰。另外,同时发射可能会对另一侧设备带来干扰。

  蓝牙和wifi的具体应用的通信特点
  共存时相互干扰是否严重还和具体应用时通信特点有关。比如数据量是否大,是否是数据流,是否是timecritical的。所以有的设计是host可以根据不同应用配置不同的优先级,以达到最好的tradeoff。
  
  主要设计方法简单介绍:
  AFH
  AFH是解决噪音干扰的最好方法。通过在跳频频率中避开wifi的频带,既可以避免频率冲突带来的干扰,也丝毫不损失蓝牙和wifi的性能。另外,AFH不只针对wifi干扰,道理上其它干扰源也可以避开。
  AFH功能包括两个方面,一是channel的好坏区分;二是使用新的channellist跳频。
  Channel的好坏区分有三种来源,一是自己通过scanRSSI或者检查PER等方式自己区分channel;二是通过另侧设备的区分信息,如master取slave的区分结果,或slave依照master的区分结果;三是依靠host通过HCI命令set_AFH_host_channel_classification传下来。
  蓝牙和wifi共存设计中,host通过HCI命令告诉蓝牙哪些channel不可用是很有效的。如果蓝牙自己区分,应该既自己检查channel,也需要读另侧设备的区分信息,因为两者如果距离稍远,可能看见的badchannel是不同的。

  分时(TDM,PTA)
  分时是利用蓝牙和wifi间的握手信号,使蓝牙和wifi分时在2.4G工作,这样可以避免噪音干扰和阻塞干扰。问题是会降低蓝牙和wifi的throughput。所以这个机制应该只在AFH不能提供良好效果时使用。
  802.15.2中有规定仲裁方式和信号(PTA,packettrafficarbitration)的框架,很多蓝牙芯片厂商也有自己专有的握手信号定义。道理上来讲我们的设计还需要了解主流wifi芯片的握手信号定义。
  这些握手信号都差不多。简单说明如下:

  2-wire
  Wifi给蓝牙信号wl_active,表示wifi有通信,如果这个信号asserted,蓝牙应该只接收/发射highpriority的包,其它包delay。
  蓝牙给wifi信号bt_priority,表示蓝牙要发highpriority的包,wifi必须停止当前通信。
  可以看出,这两根信号分别是保护wifi和蓝牙通信的。所以assert的多与少会影响2.4G带宽在两者间的分配。
  从蓝牙芯片设计的角度,蓝牙芯片必须支持对于包优先级的区分和delay包的处理。一般来说,定时同步,inquiry,page,SCO等是高优先级,传送数据的包则是普通优先级。如果处理得细致和灵活,很多参数是需要可以配置和可调的,因为可能需要host根据具体应用来配置。
  如果蓝牙芯片知道wifi的频带,bt_priority也可以只在频率冲突时拉起。

  3-wire
  三线方案和两线方案相似。多加一根蓝牙输出的bt_active,这样和bt_priority一起可以表示两种优先级的蓝牙通信。

  4-wire
  四线方案和三线方案相似,再多加一根蓝牙输出的bt_freq,指示蓝牙通信是否和wifi频带冲突。

  PTA
  802.15.2中没有规定PTA具体的硬件接口和仲裁判定,是依赖实现的。也有类似上述的2/3/4线方案。但PTA的基本思想是蓝牙和wifi提交申请给PTAcontroller,(一般PTAcontroller集成在wifi中),由PTAcontroller来许可。所以PTA中的相关信号都是指将要的操作,不同于上面的是指已经发生的操作。

  WCS
  WCS是intel的wirelesscoexistencesystem缩写,是intelwifi的握手定义,两根线,ch_data和ch_clk/bt_priority,完成握手和频带信号传递功能。具体时序定义没有看到,要签intel的NDA才有,估计笔记本上用得较多。
  只要把握分时和优先级的tradeoff原则,握手接口和分时机制还可以有很多变化和配置,以求对用户最好的使用体验。

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总结一下手机天线调试的基本方法

2010-10-16 Ray Work notes

做这行好久了,总结下心得体会。

几个问题:
1.手机是什么机型?直板、滑盖、还是翻盖?
2.手机主板的长宽尺寸是多少?
3.天线采用什么形式?PIFA、monopole、还是IFA?
4.天线可用面积多少?天线高度多少?
5.天线做在主板的上端还是下端(手机正放)?
6.天线的技术指标是什么?是3D的TRP&TIS、还是2D的TX power & Sensitivity?
7.天线周围的环境如何?周围是否有speaker、camera、moto?与天线距离如何?
8.机壳环境如何?前框是否金属?电池后盖是否金属?天线附件是否有金属物体,如装饰件等?
9.无关金属接地是否做好了?金属框架接地的位置是否进行过筛选?是否是最佳接地点?
10.是否按照排除法,找到了干扰源?
11.无源驻波好,动态测试差,是否进行过天线增益效率的测试?

几个建议:
1.手机前框是金属,需要去找接地点,而且这个接地点是要选择,不同的接地点对于性能的影响是很大的。
2.电池后盖也要考虑是否要接地(这个不是一定的,要通过实验确定),选择接地点,找出最佳位置。
3.Switch离馈点远,需要用到很长的微带线,很有可能引入干扰问题。
4.找个传导线插在手机RF测试孔上连综测,看传导功率和传导灵敏度是否正常。测试时记得设置好offset。
5.在馈点上焊一根较长的焊锡丝,拉出机壳(或者用弹簧天线)。换句话说,相当于引一根外置天线,这样不受机壳内部环境的影响。然后你在2D测试的时候,不停地一点一点剪短焊锡丝,不停地在综测仪上查看相应的2D 动态测试结果(最好是直接进暗室测3D,这样比较准确)。如果数据可以做的很好,说明传导是完全正常的,天线性能是受环境影响而变坏的。如果不能,说明传导做的不好,天线本身性能就做不上来。
6.对于金属外壳,一定要多去尝试接地点的位置,这一点非常重要。
7.一般翻盖手机天线在设计在机器翻开状态下的中间位置,效果会好,也易于调试,滑轨机器天线设计在主板底部,效果会好。
 8.无源效率OK,TRP&TIS上不去,有可能是阻抗适配的问题,需要对照smith圆图找最佳阻抗点。

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项目马上要PK了,急啊!

2010-7-28 Ray Work notes

最近比较折腾,huawei的项目马上要PK了,性能还未达标,公司内部已将其列为紧急状态,天天要更新数据报告。

这个项目是多频段GSM850/900/1800/1900+WCDMA850/900/1900/2100,主要难点在于阻抗适配,GSM1800频段对阻抗极为敏感,在容性区时TRP均能达标,放在感性区功率立马就降下来了。这还不是最令人郁闷的,更变态的不是提高功率而是如何降低TRP。功率高的话当然好,随之而来的是SAR测试超标,EU和US的标准不同,US标准更为严格,所以必须通过降低TRP把SAR降下来。

GSM900在容性区性能较好,但是调整低频会出现TRP达标而TIS最后信道不够的情况,目前尚未找到解决办法,眼看着PK日期一天天临近,实在是折磨啊 。

下午来了个Hengxin的项目,GSM900/1800+TD-SCDMA,客户急着赶时间给移动入库,所以明天必须将天线图纸发去深圳工厂线割,否则就误了客户的样品交期。时间紧迫,赶紧做无源治具调试,发现高频带宽窄,做1800单频还勉强合适。看下圆图,高频的mark点集中在第四象限,可以通过匹配电路调整。

匹配电路是两并两串,双L型,尝试在ANT端串电感,发现圆图位置基本上没变化。把靠近ANT端的匹配位置改为0欧直通,靠近PA端串4.7nH,对地的并位空置,看下S11图,高频带宽已经OK了,看下S21增益,辐射好强,哈哈搞定。

晚上安排测试SAR和无源,Hengxin项目明天应该可以发去线割了,呵呵

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客户寄样机过来,呵呵

2010-7-3 Ray Work notes

偶调试的一款手机上市了,客户今天寄样机过来测试,机器看起来还算不错,可惜不是送我的,呵呵。

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出问题了

2009-7-7 Ray Work notes

一个WCDMA的网卡项目,暗室TRP居然25,这个数值不正常,测传导作对比,数值在20左右,问题来了,高出的5DB是怎么回事?

给ETS发了邮件,很快收到回复:

I have saw the data from you, I have some questions and suggestions about it
What are about your TRP test using the Goldphone, is it stable?
If the Goldern Phone test is stable, please according to  the PRM files to change the setup of the 8960 and have a try.
If the Golden Phone test is not stable, please check the SA and the switches. Maybe the times of the TEST was too many, the swtiches was wastage.
Two ways: 1. Checking the Range loss whether is stable after constandly change the switches mannually.
           2, Using two cables, one was connect the Port1 of the ENA with the middle port of one switch, another cable is connect with the NC or the NO, constandly change the switch mannualy, and see the S21 is whther stable.
          Any results please tell me.

很不幸,根本没有WCDMA的金机。,只有手工切换switch通过测rangeloss进而确定是不是switch的问题,今天是没时间了,看看明天有空的话再搞吧!
 

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