英语原文共 6 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
手机的多频带内置天线设计
Rashid Ahmad Bhatti , Seong Ook Park IEEE成员
摘要：现代个人通信手机日渐的尺寸和要求能在多个频段增强功能和性能.这样的要求带来在有限空间内构建多频段天线的重要挑战。在本文中，内置天线能在七个频段工作。该天线工作在GSM（880-960MHz），DCS（1810-80MHz），设计的PCS（1880-1990MHz），UMTS（1900-2170MHz），无线宽带（2300-2390MHz），蓝牙（2.4 2.48GMz)WLAN（5.0-5.5 GHz）的频带。天线测量的输入回波损耗＜-10dB所在的频带都具有合理辐射性能。天线的体积为30mmX5mmX4.0mm（1.8)使现代多波段多功能超薄手机有吸引力。
关键词：手机天线，内置天线，多频段，平面倒F天线（PIFA），超薄天线。
1.导言
现代移动电话手机，为了能够在多个频带进行通信，以提供各种通信服务[1] - [3]。结构紧凑，重量轻，高度降低等多功能手机的需求对天线设计有更严格的要求。需要新的天线设计，以满足在移动通信这些新趋势的要求。小型，薄型，平面倒F天线（PIFA）是一种潜在的结构作为基本元件来实现多频带个人通信手机天线[4]，[5]。基本PIFA结构具有有限的4％的带宽的12％用于-10的回波损耗[6]，[7]。因此，PIFA结构与其他加宽技术组合的变体可以用于实现天线的多频带性能。各种四频和六频带内置天线文献在[2]，[3]，[7]，[14]。这些天线占据的体积范围从4.6至5.2。 7mm或8mm过多的高度，使这些天线结构没有吸引力，现代超薄手机是需要尺寸低的天线。文献[15]中所述的双频段内置天线的体积为60 X15X3.0。大多数文献的多频带内置手机天线还没有考虑的频带5.2GHz无线局域网（WLAN），这是最有可能被包含在将来的移动个人通信手机。因此，天线设计中有限的可用空间工作在七个或更多个频带，同时保持天线的辐射效率和在每个频带回波损耗性能，是移动电话天线设计。
在本文的一个重大挑战，一种新颖的PIFA天线设计提出作为用于手机内部天线。该天线是在全球移动通信系统（GSM，880-960MHz），数字通信系统（DCS，1810-80MHz），个人通信服务1880-1990MHz），通用移动系统（UMTS，1.9-2.17GHz，无线宽带（2300-90MHz兆赫），蓝牙（2.4-2.48GHz），以及无线局域网（WLAN，5.0-5.5 GHz）的频带。该天线包括一个基本PIFA辐射器，一个L补丁位于所述PIFA元件下方并直接连接到馈电管脚和附加谐振条运行中的WLAN频带约5.2GHz。两个原型天线使用的0.2mm厚的扁铜板制成并表征为回波损耗和辐射性能。
本文的结构如下。在接下来的部分中，会对该几何天线的设计进行说明。各种几何构造天线的模拟结果的将示于第三节。测量设置和原型天线的测试结果列于第四节。最后，本文总结在第五节。
2.天线设计
个人通信手机日益缩小的尺寸要求减少天线占用的体积。此外，由于新标准的出现，及使用者的移动性要求，移动终端应当适用多种标准。因此，为了开发天线这些移动终端，重要的是可以覆盖多个频带。传统技术来实现天线多频带性能包括在结构中使用多模激励，通过使用插槽中的主辐射元件，寄生元件贴片用于加宽段和阻抗匹配和四分之一波谐振连接到馈送路径选择合适的位置。用多个频带，天线的体积不应增加到超过可以接受的范围。尺寸减小是使用短接管脚，短截线，电容性负载和折叠或曲折的谐振器以适当的形式，通常可以实现。最流行的技术来实现小型的多波段天线是使用四分之一波谐振器，平面倒F天线（PIFA）[13]。
在本文中，一个多波段降低高度天线支持了超薄个人通信手机。天线被设计成30mmX15mm具有4.0mm的高度的矩形区域和位于FR-4（=4.2,h=0.8mm）基板的接地平面的顶部，测量为85 mmX45mm。天线的总体积为1.8是一个显著少的体积，在比较报告中的天线体积中[2]-[15]。所提出的天线结构示于图1。
图1.所提出的天线的几何模型。
- 的3D视图。 （b）主视图。（c）侧视图。 （d）天线的平面视图与虚线弯曲线。
图2.满足的各种结构配置的多波段天线模拟回波损耗。
基本天线元件是一个双波段常规倒F贴片。所述PIFA元件的一端通过一短路引脚接地，另一端被折叠，以减少占用天线大小。共振在GSM波段是通过选择最长的PIFA元件贴近四分之一波长在910MHz的长度来实现。第二谐振接近PCS频带中心频率，但其带宽不足以覆盖PCS和相邻频带。为了增强的带宽到DCS到蓝牙频带，一个L补丁被插入主PIFA辐射元件的下方。L型补丁被直接连接到馈电针在天线上选定的位置。长度（L），宽度（w）和高度（h）的L型贴片被用于天线的从PCS到蓝牙频带的带宽性能优化。 L型贴片长度主要决定运行的频率，而宽度有2.5GMz的频率上限,有更大的影响力。选择的L贴片的长度和宽度是不完全独立的，但是一定的限度之内，它们几乎独立地影响带宽优化。宽度变化在一定范围下不影响DCS波段，GSM波段和WLAN 5.2 GHz的频带的下边缘。然而，L型贴片长度强烈影响的WLAN频带。 L型贴片高度的选择可以更好与阻抗匹配性能。该天线结构激发了多个点的宽带阻抗匹配性能。为了得到谐振在5.2-GHz频段的WLAN频率，在合适长度L宽度w的小谐振条附着到馈送线。条的长度是选择让共振5.2 GHz和宽度的带宽性能优化。有关进料管线适当选择的位置，此共振带的优化很少。选择贴片的长度得到共振5.2 GHz和满足带宽性能优化的带宽。供电线选择的位置，此共振带的优化对其它谐振器性能的影响非常小并且其带宽与贴片条尺寸变化无关。WLAN谐振带的位置不影响天线体积，在其他频带也不会复杂化的天线的制造过程。
宽度短路带影响天线的阻抗匹配性能。找到满足短路条的频带最佳阻抗匹配性能宽度。 Ansoft公司的高频结构模拟器（HFSS）用于微调和优化的天线结构。本文天线结构的三维细节在表1中给出。
表1 本文天线结构的三维细节
天线结构的设计应确保简单和成本有效的制造工艺。该天线的制作是相当便宜的和容易的。天线使用的0.2mm厚度的平面铜板制成。该天线随后弯曲为虚线所示图1（d）中的位置以实现三维结构。 L-贴片焊接到供给条,高度为h。
3.仿真结果
Ansoft的HFSS用于多波段天线结构全波分析。理想导体用在模拟和天线激发与理想离散的端口。然而，FR-4基板损耗角影响了模拟。天线结构调谐得到最优带宽在所有频带与回波损耗大于分贝和可接受的辐射性能更好。满足不同的天线结构的反馈损耗绘制在图2，只有基本PIFA辐射元件调谐在GSM频带和第二谐振接近2 GHz，但这不充分覆盖期望带宽。该结构显示，当L-贴片插入,从DCS波段到蓝牙频率范围宽带性能提高了，并且也改善了在GSM频带回波损耗，在5.2GHzWLAN工作，钢带连接在上馈送线和所述天线结构显示出了在5.2GHz的附加共振谐振钢带的WLAN工作，所述天线的其它频段的回波损耗和辐射性能模拟回波损耗小于-10dB。
为了观察的PIFA天线工作，表面上不同的频率工作状态，天线结构的电流分布如图3所示。
从图3（a）可以看出，最长的外折叠条负责操作在GSM的频率目前分布在L-补丁显著在1710和2500MHz的表明它在天线的多频带操作的作用。在图3（d）所示，在WLAN共振条的电流分布证明其工作在5.2 GHz该天线在不同频率模拟总效率列于表Ⅱ模拟的效率是联合国通常较高的物质损失的模拟都没有考虑。
图3.天线结构的电流分布
（a）900MHz （b）1710MHz（c）2500MHz （d）5200MHz
4 .实测结果
在模拟中，我们使用的是理想离散源来激励天线结构。然而，为了测试原型天线，同轴电缆，需要将天线连接到网络分析仪。将馈电电缆接近被测天线时，可能会影响测量结果[16]。相比，回波损耗[17]，[18]的馈电电缆的影响是对天线辐射图案更加明显。辐射性能可能在非常糟糕的情况下馈送同轴电缆[19]。为了尽量减少电缆对天线性能的影响，有不同的连接方案的文献[19]。铁氧体磁珠通常用在馈送电缆来最小化电缆相关的影响。但是，天线的增益受到该方法的影响。转换器用于在靠近馈电点的电缆，以减少电缆的影响，但这种宽带转换器的设计是非常复杂和昂贵的[20]。文献[21]中与中心导体连接的天线和焊接在PCB短半脊同轴电缆也可以用来表征手机天线。我们制造并测试了两个原型天线来验证的模拟结果。模拟结果的仿真和测量的回波损耗的比较在图4中。获得的测量和仿真结果具有很好的一致性。
图4.天线仿真结果和测量结果的回波损耗比较图
5.总结
一种新颖的基于多频带和降低高度的PIFA天线用于个人通信手机在GSM，DCS，PCS，UMTS，WiBro，蓝牙，和WLAN频带工作。测得的天线在所有频带都具有良好的辐射性能。宽带天线的特征是使用标准的PIFA元件下方的L贴片来实现。运行在5.2 GHz是使用连接到供电线的四分之一波长谐振器实现的。通过天线体积减少至1.8cm，使现代超薄个人通信手机具有吸引力。
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[30380]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
