1.2.1　天线结构的变化

手机是日常生活中使用频率最高的电子设备之一。从1G到5G，手机天线的发展大致可划分为3个阶段，分别是外置天线阶段、内置天线阶段和共形天线阶段。图1-3展示了过去40年手机外观和尺寸的变化，从中可以了解手机天线的演进历程。从尺寸上看，手机经历了由大到小、再由小变大的变化过程，而且手机屏幕呈现出从无到有，屏幕占比越来越大，甚至发展为全面屏的趋势；从天线结构上看，手机天线从外置发展为内置、厚度由厚变薄。另外，对天线来说，屏幕可视为金属地板，天线通常需要远离金属地板才可以有效辐射电磁波。屏幕占比越大，可用于天线设计的净空（手机内的非金属区域）越小，天线设计遇到的挑战越大。

图1-3　手机外观和尺寸的变化

外置天线主要用于1G时代和2G时代早期。在那时，手机主要作为一种实用的通信工具，对其外形和尺寸没有特别的要求，典型的代表是20世纪90年代的手提电话（俗称“大哥大”）。外置天线的种类繁多，包括单极子天线、袖套天线、螺旋天线等[5]。摩托罗拉公司于1983年推出了世界上首部商用手机DynaTAC 8000X，这款手机的天线采用外置的单极子天线形式，天线的长度为四分之一波长（指工作波长）。

从2G时代中后期开始，人们希望能够去掉外置天线，以提升手机的便携性和可靠性，手机天线逐步演进成内置天线。将手机天线从外置改为内置，不仅可以让整个设备的外形更美观，还可以降低因手机意外跌落或磕碰导致天线损坏的概率，提高结构的可靠性。然而，将天线尺寸减小并塞入手机内部，将导致天线性能的下降。不过这种代价对整个移动通信系统来说是可承受的——从2G时代起，世界范围内的移动通信网络建设越来越完善，基站数量越来越多，分布越来越密集，基站天线的性能越来越强，这些措施足以弥补移动终端天线性能下降所产生的损失。

内置天线的形式有较多选择，包括印刷单极子天线、IFA（Inverted-F Antenna，倒F天线）、PIFA（Planar Inverted-F Antenna，平面倒F天线）、槽天线、环天线等。诺基亚公司在2003年推出了流行功能型手机2100，手机天线采用了PIFA形式，天线置于手机的顶部。由于有外壳遮盖，已经无法看出天线的外观和尺寸。

随着人们对手机外观的要求越来越高，手机厚度越来越薄，屏幕越来越大，导致可用于天线设计的净空越来越小，手机天线朝着与机体共形的方向发展。统一规划天线设计与手机结构成为趋势，手机的金属边框和金属后盖作为天线的一部分，统一进行集成设计。新材料、新工艺使得手机天线具有更高的设计自由度。苹果公司推出的iPhone 4智能手机使用了金属边框作为手机天线，不仅机械强度高，而且外形美观。值得一提的是，这是金属边框首次用于天线设计，引领了手机天线的设计潮流，自此，金属边框成为手机天线的主辐射体。