LTE單極手機天線的設計

1、LTE單極手機天線的設計 摘要：提出了一種平面印刷六頻段單極手機天線。該天線采用了在倒三角形單極天線底部添加半圈矩形螺旋枝節(jié)的結構，實現(xiàn)了小型化和多頻化的性能。仿真與實測結果表明，天線在回波損耗S11<-6dB時，工作頻段完全覆蓋了GSM/DCS/PCS/UMTS/LTE頻率范圍；增益在低頻段為0.82-1.57dBi，在高頻段為2.1-4.5dBi范圍；在相應工作點輻射方向圖有良好的全向性，具有較高的工程應用價值。 關鍵詞：多頻天線 印刷單極 手機天線 LTE 中圖分類號：TN822 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）01-0000-00 隨著應用的需求，手機產(chǎn)品

2、設計日漸小型化，保證天線各項性能指標的同時減小天線尺寸已經(jīng)成為研究的熱點。 現(xiàn)今的手機天線的主要有： （1）單天線多頻段。單天線多頻段技。術主要分為單極子多諧振點天線1，縫隙天線2， PIFA 天線與縫隙天線3、寄生天線4的組合。 （2）可重構天線。主要利用 PIN 二極管，射頻開關和 MEMS 開關控制結構的電 連接5。 （3） MIMO天線。在多頻段的情況下，人們對無線通信系統(tǒng)的要求越來越高，如高的傳輸速率，低誤碼率等，這就需要研究多輸入多輸出（MIMO）天線6。 在綜合以上研究的基礎上，本文通過在倒三角形單極天線底部添加半圈矩形螺支節(jié)的結構，以達到小型化和多頻化的目的。 1 天線結構設計

3、 本文運用倒三角形單極子作為輻射貼片主體，并在其底部添加折疊的矩形螺旋支節(jié)，使其產(chǎn)生多條諧振電流。由此設計出了一款六頻段單極手機天線，能滿足手機終端設備的多頻應用需求。天線結構如圖1所示。 天線單元由倒三角形的單極貼片和底部添加的半圈矩形螺旋支節(jié)構成，接地板選為：50mm120mm1mm，采用相對介電常數(shù)=4.4，損耗角正切tan為0.02的FR4基板。 圖1 天線結構示意圖 Fig.1 Structure diagram 2 天線仿真與測試結果 通過調(diào)整輻射貼片參數(shù)，如改變矩形螺旋支節(jié)的長度、寬度，三角形貼片的角度以及它與螺旋支節(jié)的距離，得到的天線參數(shù)優(yōu)化以后的數(shù)值如表1所示。 表1 天線參

4、數(shù)值 Table 1 The value of parameters 天線參數(shù) 尺寸（mm） 天線參數(shù) 尺寸（mm） a 36 f 31 b 15.5 g 14 c 14.5 h 1 d 12.5 i 10 e 9.5 j 14.2 通常來講，-6dB（VSWR=3）反射系數(shù)可以作為測試手機天線反射系數(shù)性能好壞的一個臨界值。天線的仿真阻抗帶寬如圖4所示。 圖3 S11仿真示意圖 Fig.3 S11 simulation diagram 圖4 VSWR仿真結果 Fig.4 VSWR 由圖3的回波損耗可以看到，天線有四個諧振頻點，分別位于0.937 GHz、1.756 GHz、2.163 GHz、

5、2.63 GHz。在高頻處，由于諧振頻點比較靠近，形成了頻段的跨接，從而覆蓋了比較寬的頻帶范圍。從圖4仿真結果得到，天線電壓駐波比在3以下的頻率范圍為0.858-1.009GHz、1.575-2.8 GHz，完全覆蓋了GSM900 MHz（880-960MHz）、DCS1800MHz（1710-1880 MHz）、PCS1900 MHz（1850-1900 MHz）、UMTS2100 MHz （1920-2170 MHz）、LTE2300 MHz（2300-2400 MHz）、LTE2500 MHz（2500-2690 MHz）頻段。 （a）930MHz （b）1750 MHz （c）2160

6、 MHz （d）2630 MHz 圖5 輻射方向圖 Fig.5 The radiation pattern 圖5為所設計的單極天線在各個頻點處實測的E面（虛線）和H面（實線）輻射方向圖。天線在低頻0.93GHz處，于H面呈現(xiàn)水平全向輻射，在E面呈類似“8”字雙向輻射。在1.75GHz以上諧振點，方向圖出現(xiàn)了一些畸變。因為在高頻段，地板效應對天線的影響更大，同時貼片表面電流變化相比低頻更快；另外天線結構不規(guī)則及不對稱，從而造成交叉極化，或者出現(xiàn)高次模諧振等，所以方向圖表現(xiàn)出稍差結果。雖然天線工作頻帶覆蓋寬，但是從輻射方向圖可以看出各個頻段之間的輻射特性沒有太大的波動，總體上保持穩(wěn)定。天線在所用的

7、工作頻帶內(nèi)，總體上都保持了良好的全向輻射特性，能滿足無線通信的需求。 3 結語 本文通過在倒三角形單極子天線底部添加矩形半螺旋支節(jié)，設計并制作了一款可滿足手機同時工作于2G、3G和4G通信的六頻段單極子手機天線。天線結構簡單，易于制作。仿真和實測阻抗特性幾乎吻合一致，在相應工作點輻射方向圖有良好的全向性，工作性能良好，且各段增益在手機的工作頻段內(nèi)都達到了應用需求，因而具有一定的實用價值。仿真結果表明，所設計的天線在GSM900/DCS1800/PCS1900/UMTS2100/LTE2300/LTE2500六個工作頻帶內(nèi)回波損S11<-6dB（VSWR<3.0），輻射方向圖在水平面

8、內(nèi)表現(xiàn)出良好的全向特性，各頻段增益滿足功率需求，具有一定的實際應用價值。 參考文獻 1褚慶昕，李健鳳，葉亮華.小型寬帶低地面影響的平面手機天線設計J.電子學報，2011，39（8）： 1919-1922. 2Shaker M， Abdullah H H， Abd Allah E A. Multi band microstrip slot antenna for mobile base stationC.Antennas and Propagation Society International Symposium （APSURSI）， 2012 IEEE. IEEE， 2012： 1-2. 3

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