LTE單極手機(jī)天線的設(shè)計(jì)

1、LTE單極手機(jī)天線的設(shè)計(jì) 摘要：提出了一種平面印刷六頻段單極手機(jī)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(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了小型化和多頻化的性能。仿真與實(shí)測結(jié)果表明，天線在回波損耗S11<-6dB時(shí)，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(yīng)工作點(diǎn)輻射方向圖有良好的全向性，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞：多頻天線 印刷單極 手機(jī)天線 LTE 中圖分類號：TN822 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）01-0000-00 隨著應(yīng)用的需求，手機(jī)產(chǎn)品

2、設(shè)計(jì)日漸小型化，保證天線各項(xiàng)性能指標(biāo)的同時(shí)減小天線尺寸已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。 現(xiàn)今的手機(jī)天線的主要有： （1）單天線多頻段。單天線多頻段技。術(shù)主要分為單極子多諧振點(diǎn)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(gòu)天線。主要利用 PIN 二極管，射頻開關(guān)和 MEMS 開關(guān)控制結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(jié)構(gòu)，以達(dá)到小型化和多頻化的目的。 1 天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3、 本文運(yùn)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(shè)計(jì)出了一款六頻段單極手機(jī)天線，能滿足手機(jī)終端設(shè)備的多頻應(yīng)用需求。天線結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖 Fig.1 Structure diagram 2 天線仿真與測試結(jié)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(jī)天線反射系數(shù)性能好壞的一個(gè)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(jié)果 Fig.4 VSWR 由圖3的回波損耗可以看到，天線有四個(gè)諧振頻點(diǎn)，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(diǎn)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(jié)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(shè)計(jì)的單極天線在各個(gè)頻點(diǎn)處實(shí)測的E面（虛線）和H面（實(shí)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(diǎn)，方向圖出現(xiàn)了一些畸變。因?yàn)樵诟哳l段，地板效應(yīng)對天線的影響更大，同時(shí)貼片表面電流變化相比低頻更快；另外天線結(jié)構(gòu)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(jié)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(gè)頻段之間的輻射特性沒有太大的波動(dòng)，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(jié)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(shè)計(jì)并制作了一款可滿足手機(jī)同時(shí)工作于2G、3G和4G通信的六頻段單極子手機(jī)天線。天線結(jié)構(gòu)簡單，易于制作。仿真和實(shí)測阻抗特性幾乎吻合一致，在相應(yīng)工作點(diǎn)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(jī)的工作頻段內(nèi)都達(dá)到了應(yīng)用需求，因而具有一定的實(shí)用價(jià)值。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的天線在GSM900/DCS1800/PCS1900/UMTS2100/LTE2300/LTE2500六個(gè)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(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 參考文獻(xiàn) 1褚慶昕，李健鳳，葉亮華.小型寬帶低地面影響的平面手機(jī)天線設(shè)計(jì)J.電子學(xué)報(bào)，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

9、羅文波，吳多龍，吳艷杰 等.低側(cè)面四頻帶 PIFA 手機(jī)天線設(shè)計(jì)J.廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013， 30（4）. 4馬曉洋，項(xiàng)鐵銘.采用寄生單元的三頻手機(jī)天線設(shè)計(jì)J.杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33（5）： 39-41. 5D.C.Chang，H.C. Li. Novel reconfigurable loop antenna for compact mobile phoneC. Proceedings of ISAP， Nagoya， Japan， 2012Letters， 2012， 48（16）. 6Q. H. Zeng， Y. Yao，S.H. Liu， et al. Tetraband small-size printed strip MIMO antenna for mobile handset applicationJ. International Journal