金属材质机身手机天线如何设计？

有限的手机空间，需要容纳更多的天线。4G起来后，运营商要求5模十频，新机需要兼容3G、2G，且MIMO需要两幅天线，这使得手机中天线种类更多了，电磁环境恶化，尤其是手机外观金属件面积增大后，天线工程师、结构工程师如何调试出符合入网要求的智能手机，遇到了空前的挑战。本文梳理了最近这类技术和工艺，供设计者参考：
目前，手机中频段划分为
LTE (700 MHz), GSM (850MHz/1.9GHz), Wi-Fi (2.4 GHz), Bluetooth (2.4 GHz),GPS (1.575 GHz)、FM88-108Mhz
2.5 – 2.7 GHz band support for FDD LTE
3.4 – 3.8 GHz band support for TDD LTE
总之，从700 MHz to 3.8 GHz是4G手机的工作频段



一、手机外观的金属化优劣
1、外观美，手感好！
苹果、华为、小米、VIVO都采用类似的金属外框架和底部金属材质工艺，金属材质有光泽、手感好 满足了用户对审美要求。



2、全金属化机身，导致手机射频指标难保障。
无论制造商如何解释，这类产品的信号总不如塑胶、玻璃材质的手机，因为，这类手机的边框充当了天线，天线手握和收不握时，收发信号有差异，天线辐射效率见下图：
手握时候，效率由45%下降到15%左右。


于是，一些手机采用头尾部是塑胶的结构，中间是金属工艺来规避手握天线的缺陷。
二、金属化机身的天线设计方法Design Methodology
1.金属外框架分段
根据频段，把手机外框一般划分为三段，采用模内注塑工艺成为一个整体




2、合理布局
GPS天线放置在周边角落


FM频段采用内置磁性天线


新一代的FM内置天线是贴片焊接的（微航磁电提供）
3、天线分频段滤波、匹配再合成
从外框架取出的信号，需要分段滤波和匹配，再合成一路送入射频芯片



4、采用立体电路制造工艺
立体电路一般采用LDS工艺来实现，3D构型的天线制造在塑胶支架上：




三、手机天线未来发展动向
1、3D打印LDS部件加快设计进展
先3D打印成型，再在其上制造LDS天线，可以大大缩短天线设计验证的周期


2、宽带天线加可调谐元器件技术应用，缩小天线的体积和实现天线器件的标准化
可调谐的射频天线技术是未来手机天线唯一进化方向，天线最终成为一个类似电阻电容一样标准的器件出现。但是天线产业不会消失，其制造手段还需要综合采用LDS、FPC等工艺。苹果和日本村田等申请了发明专利，涉及宽带环形天线和调谐电介质材料。环形天线在终端中使用并不陌生，90年代出现的BP机就是环形天线。