原创 手机PIFA天线直观的理论分析

作者：凤舞天

手机天线常用三种：

1：螺旋天线，以前常用，突出一个头的外置，现在很少见。

2：PIFA天线，最常用的主流天线，NOKIA等常用

3：单极性天线，主要在MOTO V3、V6上使用

本文主要讲解第二种类型，PIFA天线。

PIFA天线，大家首先碰到的第一个问题就是，馈点2与地馈点怎么是短路的，注意看下图，2，3脚是短路的。

 在很多人脑子中，螺旋天线和单极性天线比较好理解，就是1/4波长原理，其中一个馈点就是螺旋或者单杆，另外一极就是地了，他们的场结构非常简单，如下图，就是，可以简单等效为一个LC谐振回路，其中C特别小，一个一个的谐振回路耦合上去，最后电磁场释放到外部。

那么PIFA天线对应的模型应该是如何的，如何解释馈点与地的短路，这个对射频，尤其是天线设计者来说，是很重要的，理解了这个，他们就可以摆脱机械的操作。说实在，现在的天线设计者，绝大部分对天线一无所知，除了几个指标，比如驻波系数比，功率等级，方向性等。其他的就是实验，按模板不停的修改天线，直到出来效果即可，原理他们完全不懂。

 PIFA天线等效图如上，由L2与C1构成一个偏向电容性的谐振，之后与L1电感谐振，这样大家就可以理解为什么馈点跟地看上去短路了一样。

说穿了，就是通过L1，L2，C1把传输线过来的能量升压到C1上，之后利用C1这个场空间把电磁场能量释放出去，所以对C1来说，必需要求上面的铜皮跟地之间有一定的高度，一般不小于7mm，最少不低于5mm。

为了提高天线频带，往往再引入C2，也就是第一个图上面的第一脚，也就是引入一个地，这样让电场有更广泛的辐射。

学员中小郭提出，为什么手机板短的信号一般不如手机板长的信号号，比如说有些手机板，之后5CM长，信号就不如11CM长的手机板天线更容易调试，这个其实可以用PIFA天线的场结构非常好的解释，因为手机板长的天线，C2范围特别宽，对应的电场波长也比较长，更容易辐射GSM 900MHz的信号出去。

{此外小郭又提出，问什么PIFA天线稳定性好于单极性天线，但灵敏度低于单极性天线。

这个比较容易解释，因为PIFA天线的电容相对于单极性天线来说大很多，也就是说能量在谐振腔中更多，外界不容易干扰，也很难改变PIFA天线的阻抗，所以稳定性比单极性天线强，但恰恰因为它的电容太大，导致外接的相同的能量进入，在PIFA天线上产生的电压变化，远远不如单极性天线大，所以灵敏度低于单极性天线。

这个用了这个么例子，相同能量下谐振，

1uF电容与1uH电感             0.1uF电容与10uH电感

根据电容能量公式：1/2*C*U*U，电容小的这组谐振电压是电容大的这组谐振电压的SQR（10）以上，也就是3.16倍。用这个例子就比较清楚的反应了稳定性与灵敏度的关系。}

注：大括号中的观点是错误的，从能量来说，单极性与PIFA灵敏度是一致的，谢谢网友指出，所不同的是两者带宽不同导致的，不过如何证明PIFA天线的带宽小于单极性天线需要进一步思考。

通过这些的解释之后，进一步阐述了不接地的金属对天线的影响，因为天线旁边一般都有镀金属的装饰件，或者是喇叭之类的很多，这些对天线都有很大的影响，那么设计天线的时候，就需要考虑这些因数。

大家知道电磁场不能穿过金属，所以金属对于电磁场类似镜子，会反射，当天线附近有不接地的金属的时候，电磁场将会被反射回来，导致手机能量无法辐射出去，严重的导致PA电流变大，I/Q信号被干扰，相位误差，杂散等提高，为了降低金属对天线的这种严重的影响，往往需要把此类金属跟主板地连接起来。问题是，为什么接地能够降低影响？

还是从皮法天线的场结构说起，接地，就是类似C2，参与了天线电磁场的谐振，延伸了电场结构，而不是反射了电磁场，上面提到的长主板就是其中的一个典型例子，但若没有接地，就是反射电磁场，那么不仅仅这个方向的能量无法辐射，同时也影响了整个天线的匹配，就算天线厂家把这个影响考虑进去，也不见的能够调试出好的天线来。

这个时候，周锋就提到，以前那款蜘蛛侠的机器，电池上因为包的是导电的膜，导致天线信号很差，就可以很好的用这个解释，以前想不通的，这样就能相通了，这个原因很简单，本身蜘蛛侠的机器是直板长条行机器，天线调试的时候，电池外面没有包导电膜，虽然电池有铝壳，但因为是正极电源，等价于接地，延伸了电场结构，GSM 信号也很好，但因为包了一层不接触的导电膜，完全反射了电磁场，无法延伸电场结构，所以信号很差。

这次的培训，射频方面不仅仅给大家讲明白了这些基本的东西，也让自己更加理解了天线的各种细节问题。

我们无意追求理论上高深的解释，而是希望用一个合理的，简单，看得到的解释来解释手机开发中的一些特性，指导我们开发设计。