1.3　手机内多天线布局

一部手机可以视作一个微系统，集成了具有多种用途的模块。以无线传输这一用途为例，根据功能的不同，需要用到天线的模块包括移动蜂窝通信模块、Wi-Fi（Wireless Fidelity，无线保真）模块、蓝牙模块、卫星导航模块、近场通信（Near Field Communication，NFC）模块、无线充电模块等。下面简单介绍这些模块。

移动蜂窝通信模块是手机天线设计中最复杂的模块，用于与基站建立通信。从1G到5G，移动蜂窝通信模块的天线需要支持的频段越来越宽，天线的数量也越来越多。手机内用于蜂窝通信的天线数量为6～14个。

Wi-Fi模块用于室内局域网，与无线路由器建立通信。Wi-Fi标准目前演进到了第7代，即IEEE 802.11be，工作频段是无须授权的工业频段，主要包括2.4 GHz频段和5 GHz频段。其中，2.4 GHz频段的频率范围是2.4～2.497 GHz，5 GHz频段的频率范围是5.15～5.85 GHz。由于工作频率较高、通信距离较短，Wi-Fi模块的天线数量较少。

蓝牙模块用于低成本、低功耗的近距离无线连接。蓝牙技术目前演进到了5.4版本。不同便携设备使用的蓝牙模块的工作频率有所区别，手机内蓝牙模块的工作频段是2.4 GHz频段。这个频段的蓝牙模块与Wi-Fi模块不仅共用同一个频段，还经常共用一个天线以节省天线空间。

卫星导航模块用于接收卫星信号，实现用户位置的实时定位。该模块的主流标准有美国的GPS（Global Positioning System，全球定位系统）[工作在1575.42 MHz频段（L1）和1176.45 MHz频段（L5）]、欧洲的“伽利略”系统（工作在1575.42 MHz频段）、俄罗斯的格洛纳斯系统（工作在1602 MHz频段），以及我国的北斗卫星导航系统（工作在1561 MHz频段）。由于卫星导航模块具有小带宽，而且一般只需具备接收能力，因此卫星导航模块的天线设计较为简单。随着手机直连卫星应用的兴起，更多的频段将被用于卫星通信。

近场通信模块用于超近距离非接触通信。最初由诺基亚和飞利浦等企业共同制定近场通信模块的标准，该模块工作在13.56 MHz频段。由于这个频段的波长非常长，手机内的近场通信天线属于电小尺寸天线，辐射能力非常弱，能够通过磁场感应实现电子支付、身份认证、数据交换、防伪等多种功能。

无线充电模块用于实现手机的无线充电功能。该模块的主流标准有Qi标准、PMA（Physical Medium Attachment，物理媒体连接）标准等。其中，Qi标准基于电磁感应原理，电磁波频率为100～205 kHz，适用于短距离的无线充电，其特点是兼容性强且传输效率高。目前市面上大部分无线充电产品都采用这一标准，该标准也是大众最熟悉的无线充电标准。

将这些模块组合在一起，便构成了一个多天线系统。手机内多天线的典型布局方案如图1-4所示。众多天线分布在手机平台内部各个位置。在这个典型的布局方案中，用于移动通信的众多天线主要分布在金属边框上，通过设置断点来有效辐射能量。其中，低频段天线的数量为2个，分别放置于手机的底部和侧壁；中高频段与新空口天线的数量为4个，分别放置于金属边框的4条边上；Wi-Fi天线的数量为2个，放置于手机的左上角；GPS天线的数量为1个，放置于手机的顶部；毫米波天线的数量为3个，放置于手机后盖内侧；超宽带天线的数量为3个，放置于手机后盖内侧；近场通信天线与无线充电线圈同样放置于手机后盖内侧。可见，这个典型布局方案中包含至少17个天线。目前移动通信已经演进到了5G时代，移动通信的工作频率更高、功能更广泛，手机内的移动蜂窝通信模块需要部署多个天线，才能实现高速无线数据传输和多功能应用。

图1-4　手机内多天线的典型布局方案

在这些功能模块中，Wi-Fi模块的天线与蓝牙模块的天线可共用，卫星导航模块的工作频段极窄，用一个小尺寸天线即可覆盖。因此，手机天线的设计难点在于覆盖移动蜂窝通信频段。基于此，本书主要介绍移动蜂窝通信模块中的天线设计。