用于WCDMA移動(dòng)終端的PIFA天線設(shè)計(jì)(圖文)

1、用于用于 WCDMAWCDMA 移動(dòng)終端的移動(dòng)終端的 PIFAPIFA 天線設(shè)計(jì)天線設(shè)計(jì)( (圖文圖文) )論文導(dǎo)讀：1.引言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)的通信容量也得到了大幅度的提升，且人們已經(jīng)越發(fā)依賴于在移動(dòng)環(huán)境下進(jìn)行電子商業(yè)和多媒體娛樂，這需要相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)作為支撐。為了適應(yīng) WCDMA 的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，一個(gè)良好的 WCDMA 移動(dòng)終端天線，需要在更寬的帶寬內(nèi)穩(wěn)定的工作，出于移動(dòng)通信設(shè)備便攜性方面的考慮，天線的尺寸需要大幅度縮小，且天線應(yīng)當(dāng)具有良好的方位圖以及增益效果?？紤]到高 Q 值的因素，微帶天線普遍存在工作頻帶較窄的缺陷，而展寬頻帶往往需要增大天線輻射貼片的尺寸，如何在減小

2、天線幾何尺寸的情況下而不會(huì)導(dǎo)致其工作帶寬變窄，則是本文研究的一個(gè)重點(diǎn)。關(guān)鍵詞：無線通信，WCDMA，PIFA，寬頻帶1.引言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)的通信容量也得到了大幅度的提升，且人們已經(jīng)越發(fā)依賴于在移動(dòng)環(huán)境下進(jìn)行電子商業(yè)和多媒體娛樂，這需要相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)作為支撐。因此世界各地的研究機(jī)構(gòu)競(jìng)相開展第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）的研發(fā)。為了適應(yīng) WCDMA 的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，一個(gè)良好的WCDMA 移動(dòng)終端天線，需要在更寬的帶寬內(nèi)穩(wěn)定的工作，出于移動(dòng)通信設(shè)備便攜性方面的考慮，天線的尺寸需要大幅度縮小，且天線應(yīng)當(dāng)具有良好的方位圖以及增益效果。WCDMA 需要覆蓋較寬的帶寬，為了增加集成度，天線

3、本身的體積需要盡可能的減小，且不失其性能。對(duì)于應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域的天線，其外形結(jié)構(gòu)還需制造成流線型。對(duì)于民用無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，平面天線需要制作成輕巧美觀的樣式。設(shè)計(jì)應(yīng)用于 3GPP 協(xié)議下的 WCDMA 移動(dòng)終端的平面倒 F 天線，并且使天線的幾何尺寸以及電氣參數(shù)達(dá)到對(duì)應(yīng)的技術(shù)要求，具有廣闊的研究前景和巨大的現(xiàn)實(shí)意義?？紤]到高 Q 值的因素，微帶天線普遍存在工作頻帶較窄的缺陷，而展寬頻帶往往需要增大天線輻射貼片的尺寸，如何在減小天線幾何尺寸的情況下而不會(huì)導(dǎo)致其工作帶寬變窄，則是本文研究的一個(gè)重點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)出了一種新型的應(yīng)用于 WCDMA 移動(dòng)終端的平面倒 F 結(jié)構(gòu)天線，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于調(diào)節(jié)，尺寸

4、較小的特點(diǎn)。采用基于有限元算法的商用電磁仿真軟件對(duì)天線 S11 參數(shù)，輻射方向圖等天線特性進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，分析模擬天線不同尺寸的短路貼片對(duì)天線性能的影響，證明了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可以有效地指導(dǎo)平面倒 F 結(jié)構(gòu)天線的設(shè)計(jì)過程。2 天線的設(shè)計(jì)及仿真平面倒 F 天線具有尺寸小，重量輕，效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分析方法清晰的優(yōu)點(diǎn)，成為了研究的熱門，因此我們選擇平面倒 F 天線作為設(shè)計(jì)原型。出于便攜移動(dòng)設(shè)備的特點(diǎn)以及對(duì)集成度高的要求，人們需要想方設(shè)法在減小其結(jié)構(gòu)尺寸的同時(shí)又不影響其帶寬，效率等工作參數(shù)，在以往的工作與實(shí)踐中，人們總結(jié)出了多種行之有效的減小天線尺寸的方法，如采用 1/4 波長(zhǎng)貼片天線，采用特殊材料基

5、片，在微帶天線上加載短路探針，通過與饋點(diǎn)接近的短路探針在諧振空腔中引入耦合電容以實(shí)現(xiàn)小型化，采用表面開槽貼片或者地板刻槽技術(shù)，采用特殊貼片形式等等，本文則采用在短路片上開創(chuàng)的方法來實(shí)現(xiàn)減小平面倒F 天線尺寸的目的。免費(fèi)論文網(wǎng)。本文提出了一種新型的運(yùn)用于 WCDMA 終端設(shè)備的平面倒 F 結(jié)構(gòu)的天線，對(duì)天線采用同軸探針饋電方法，在天線左側(cè)短路貼片處開了兩個(gè)矩形窗口，該天線相比于文獻(xiàn)【7】中的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比文獻(xiàn)【8】中的輻射貼片尺寸更小，本文對(duì)天線的 S11 參數(shù)，天線的輻射方向圖進(jìn)行了電磁仿真。本文所采用的天線結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，基板厚度設(shè)為 h，為了降低天線 Q值，展寬頻帶，基片采用空氣填充。免

6、費(fèi)論文網(wǎng)。天線采用同軸探針進(jìn)行饋電。經(jīng)過大量電磁仿真，發(fā)現(xiàn)在本天線結(jié)構(gòu)中，饋電點(diǎn)的位置與中心頻率有關(guān)聯(lián)，一般饋電點(diǎn)離短路片距離越大，諧振頻率越高，反之亦然。當(dāng)饋電點(diǎn)在距離天線開路端 10.5mm 時(shí)，天線諧振在 2.1GHz 附近，根據(jù) WCDMA 天線的設(shè)計(jì)要求，天線的饋電點(diǎn)應(yīng)設(shè)在此處。圖 1 天線結(jié)構(gòu)Fig. 1 The antenna structure天線結(jié)構(gòu)的短路貼片對(duì)天線的工作帶寬，諧振頻率和 S11 參數(shù)都有影響，短路貼片越寬，天線的工作頻帶越寬，但是諧振頻率也會(huì)發(fā)生偏離，且 S11 會(huì)降低。若要保持天線工作在 2.1GHz 附近和較低的 S11 值，我們?cè)谄矫娴?F 天線的短路

7、貼片上開兩個(gè)矩形槽，則可以在減小輻射貼片長(zhǎng)度的前提下，天線可以在 WCDMA 移動(dòng)終端要求的所有頻率下正常工作。微帶貼片天線有工作頻帶窄的缺點(diǎn)，這是由于平面微帶天線的高 Q 值決定的。如果在天線的輻射貼片和接地板之間填充高相對(duì)介電常數(shù)的介質(zhì)，則會(huì)引起表面波影響加大。天線儲(chǔ)能比空氣情況下增大則導(dǎo)致 Q 值增大，天線頻帶變窄，為了盡可能展寬天線頻帶，提高工作效率，本文選擇了基板以相對(duì)介電常數(shù)為 1 的空氣代替。經(jīng)過大量仿真實(shí)驗(yàn)，本文設(shè)計(jì)的平面倒 F 天線的幾何參數(shù)如下（參數(shù)值與圖 1 對(duì)應(yīng)）：W=70mm，L=60mm，w=40mm，l=32mm，h=10mm，t1=13mm，t2=8mm，s=6

8、mm，其中，W 和 L 分別為接地板的長(zhǎng)和寬，饋點(diǎn)位于輻射貼片對(duì)稱線上，距離開路端為 10.5mm，采用 50同軸線進(jìn)行饋電，探針半徑我們選擇為 0.5mm，輻射貼片和短路片均采用厚度為 0.2mm 的銅片，基片采用空氣填充。3 天線的仿真結(jié)果用商用電磁場(chǎng)模擬軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，設(shè)定中心頻率為 2.045GHz，掃頻范圍是 1.6GHz2.8GHz，頻率間隔為 0.002GHz，圖 2 是 S11 參數(shù)的仿真結(jié)果，如圖所示，以小于-10dB 定義的頻寬，天線的 S11 參數(shù)完全覆蓋了 WCDMA 的全部工作頻段。圖 3 是天線在自由空間的輻射方向圖，分別是 WCDMA 移動(dòng)終端的發(fā)射頻段（1.9

9、2GHz1.98GHz）和接收頻段（2.11GHz2.17GHz）中心頻點(diǎn)的立體場(chǎng)分布圖，從以上兩幅圖中可以看出，天線的輻射方向圖良好，由于受到接地板反射作用的影響，因此符合平面倒 F 天線的一般特點(diǎn)。免費(fèi)論文網(wǎng)。圖 2 天線 S11 隨頻率變化圖Fig. 2 S11 changed withfrequency圖 3 天線輻射立體圖Fig. 3 3D-Photo of Antenna Radiation在仿真中我們還發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)該平面倒 F 天線的底板尺寸，可以改變?cè)撎炀€的工作頻帶，底板尺寸越小，工作頻寬越大，為增加天線工作帶寬起到一定的指導(dǎo)作用。4 結(jié)語通過對(duì)應(yīng)用在 WCDMA 移動(dòng)終端的平面

10、倒 F 天線進(jìn)行研究，并且通過一系列對(duì)天線結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，所設(shè)計(jì)出的天線的帶寬，增益，效率等指標(biāo)均達(dá)到了 3GPP的技術(shù)要求，能夠運(yùn)用于 WCDMA 移動(dòng)終端中，以往常用的減小天線尺寸的方法是在輻射貼片上刻各種形狀的槽，而本文通過對(duì)天線結(jié)構(gòu)中短路貼片的幾何結(jié)構(gòu)與天線各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)之間關(guān)系進(jìn)行總結(jié)，為研制出更加高效的平面倒 F 天線留下潛力，具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。參考文獻(xiàn) (References)【1】戚冬生. 無線通信中新型平面天線的研究和設(shè)計(jì)D.上海：上海交通大學(xué)電子工程系，2004【2】ChibaN，Amano T，Iwasaki H. Dual-frequencyplanar antenn

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