新型的宽带手机天线设计

●ｉ　ＴＲＡＮｓＭｌ１＿ｒＩＮＧ　８　Ｅ输Ｃ与ＥＩＶ接ｌＮ收Ｇ　【本文献信息】刘蕊，何伟．新型的宽带手机天线设计［Ｊ］．电视技术，２０１３，３７（１５）　熬　新型的宽带手机天线设计　刘　蕊’，何伟　（１．北京信息职业技术学院，北京１０００７０；２．诺基亚中国投资有限公司，北京１００１７６）　【摘要】随着现代无线通信的发展，小型化、宽带化已经成为移动通信终端的发展趋势。针对宽带化发展的需求，提出一种新　型的低剖面宽带手机天线设计。该方案通过在手机天线对立边的地平面上加载寄生单元，达到扩展带宽的目的。与传统的天　线相比，在ＧＳＭ８５０和ＤＣＳ１８００频段，该设计天线的相对带宽分别提高了１００％和４３％。对天线进行加工测试，回波损耗寿　ｄＢ　的带宽覆盖了ＧＳＭ８５０和ＧＳＭ１８００频段，性能指标满足手机通信技术要求。　【关键词】手机；天线；宽带；带宽扩展　【中图分类号】ＴＮ８２　【文献标志码】Ｂ　Ｎｅｗ　Ｂｒｏａｄｂａｎｄ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｐｈｏｎｅ　Ａｎｔｅｎｎａ　Ｄｅｓｉｇｎ　ＬＩＵ　Ｒｕｉ　，ＨＥ　Ｗｅｉ　（，．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｂｅｊｉｉｎｇ　１０００１５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｎｏｋｉａ（Ｃｈｉｎａ）Ｉｎｖｅｓｔｍｅｒｔｔ　Ｃｏ．，　ｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１７６，Ｃｈｉｎａ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｏｄｅｍ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ｈａｖｅ　ｂｅｃｏｍｅ　ｔｈｅ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｂｉｌｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｒｍｉｎａ１．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｉｓ　ｔｒｅｎｄ，ａ　ｎｅｗ　ｌｏｗ　ｐｒｏｆｉｌｅ　ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ｍｏｂｉｌｅ　ｐｈｏｎｅ　ａｎｔｅｎｎａ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｏｒ．Ｔｈｉｓ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｌｏａｄ　ａ　ｇｒｏｕｎｄｅｄ　ｐａｒａｓｉｔｉｃ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｔ　ｔｈｅ　ｏｐｐｏｓｉｔｅ　ｅｄｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈａｎｄｓｅｔ　ａｎｔｅｎｎａ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｅｘｔｅｎｄ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ．Ｃｏｍｐ￣ｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ａｎｔｅｎｎａ，ｔｈｅ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｏｆ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｎｔｅｎｎａ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｂｙ　１００％ａｎｄ　４３％ｉｎ　ＧＳＭ８５０　ａｎｄ　ＤＣＳ１８００　ｂａｎｄｓ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｎｔｅｎｎａ　ｉｓ　ｍａｎｕ—　ｆａｃｔｕｒｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔｅｄ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｒｅｔｕｒｎ　ｌｏｓｓ　０ｆ＿６　ｄＢ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｃｏｖｅｒｓ　ｔｈｅ　ＧＳＭ８５０　ａｎｄ　ＧＳＭ１８００　ｂａｎｄｓ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｌｌ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｍｏ—　ｂｉｌｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】ｍｏｂｉｌｅ　ｐｈｏｎｅ；ａｎｔｅｎｎａ；ｂｒｏａｄｂａｎｄ；ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ　随着无线通信的发展和电子产品应用的普及，天线设　计遇到了越来越多的挑战。尤其在手机终端，宽带化、小　ｌ　天线基本结构　天线的基本结构、尺寸参数如图１所示。为实现低剖　型化、低剖面、高效率成了天线设计的主要考虑因素。天　线性能对物理尺寸有很强的依赖性，天线尺寸越大则带宽　面天线设计，天线与加载接地单元和地平面均在同一平　其整体的尺寸为１０５　ｍｍ　ｘ４５　ｍｌｎ　ｘ１　ｍｍ，采用ＦＲ４介　越宽，天线尺寸越小则带宽越窄。如何在保证天线物理尺　面，介电常数为４．４。天线区域为４５　ｍｍ　ｘ　１０　Ｉｎｎ。为　寸不变的情况下，提高天线的频带宽度，一直是当今世界　质板，的研究热点。本文正是针对目前行业的这一现状，提出一　种新型的拓展天线带宽的设计。　了同时扩展ＧＳＭ８５０和ＤＣＳＩ８００频段的带宽，在地平面天　线的另一侧加载了一个面积为４５　Ｉｎｍ　ｘ　５　ｎｌｎ的接地单　Ｉ目前针对拓展天线带宽的设计，主要方法有增大天　元。其中点Ａ为馈电点，点Ｂ和点Ｃ为接地点。天线的　恰当　线体积、加载寄生单元、使用周期性天线结构、采用阻抗匹　辐射性能很大程度上和加载单元的形状和尺寸有关，　配方案等　。常用的宽带化设计有采用曲流技术实现对　的加载单元设计能有效拓展天线的带宽，提高辐射效率。加载单元主要由两个枝节组成，分别用于拓　ＰＩＦＡ天线进行小型化优化　，而在保持天线尺寸不变的　如图１ｂ所示，情况下可采用优化手机地平面的结构尺寸来有效提高天　线带宽　，或者通过在手机地平面上开一个或者多个槽　展ＧＳＭ８５０和ＤＣＳＩ８００的带宽。　２仿真结果与分析　本文通过ＣＳＴ（ＣＳＴ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｓｔｕｄｉｏ）仿真软件进行　的方式来有效拓展ＧＳＭ８５０或者ＤＣＳＩ８００的频率带　宽　引。更进一步地，通过在手机地平面上开槽，并加入电　感的方式有效改变地平面的工作模式，以得到最大天线　带宽　引。　在综合考虑以上研究的基础上，本文采用通过在手　数值模拟，首先验证加载单元主要尺寸参数对天线阻抗特　性的影响，然后通过数值模拟优化，得到一组最佳的加载　单元尺寸，最终设计出一个新型的低剖面宽带手机天线。　２．１　Ｍ对阻抗特性的影响　图２为Ｌ＝３２　ｍｍ，Ｓ＝０．５　ｍｍ的情况下，所得到的　机天线对立边的地平面上加载寄生单元，达到扩展带宽的　目的　１６２《电视技术》第３７卷第１５期（总第４１７期）Ｉ投稿网址ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗＶｉｄｅｏＥ．ｏｎ　ＴＲ　Ｍ　ＮＧ　８　魏　憋　０　■翻越鬈　∞　一１２　一１８　—２４　０．６　０．８　１．０　１．２　１．４　１．６　１．８　２．０　频率／ＧＨｚ　图６　回波损耗：仿真和测试的对比　图７给出了天线在８５０　ＭＨｚ，８９０　ＭＨｚ，１　７２０　ＭＨｚ和　１　８００　ＭＨｚ方向图结果。从图中可以看出，天线在全频段　都具有较好的全向辐射特性，可以接收来自于各个方向的　信号，天线的实用性较强。　４　结束语　在手机终端通信中，天线是影响通信性能的关键器　件，因此手机天线的研究和设计具有十分重大的意义。　本文提出了通过在手机天线的对立边加载接地寄生单　元，设计了一种新型的低剖面宽带手机天线，与原始天　线相比该新型天线有效地在ＧＳＭ８５０频段和ＤＣＳ１８００　频段分别拓展了１００％和４３％的相对带宽，实现了宽带　化，符合ＧＳＭ通信需求，且天线结构简单，加工方便，有　较好的实用前景。　参考文献：　【１］薛睿峰，钟顺时．微带天线小型化技术［Ｊ］．电子技术，２００２　（３）：６２　ｌ４．　［２］阮成礼．超宽带天线理论与技术［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版　社，２００６．　［３］郝宏刚，胡文帅，田海燕．一种用于蓝牙终端的小型天线设计［Ｊ］．　电视技术，２０１２，３６（５）：３８—４ｏ．　ｋ　ｆ－－１　８００ＭＨｚ，ｘ—ｚ　、　１　８００ＭＨｚ，ｘ—ｙ　图７天线辐射方向图（单位ｄＢｉ）　ＣＨＥＲ　Ｃ，ｅｔ　ａ１．Ｍｕｈｉｂａｎｄ　ｈａｎ［８］　ＣＡＢＥＤＯ　Ａ，ＡＮＧＵＥＲＡ　Ｊ，ＰＩｄｓｅｔ　ａｎｔｅｎｎａ　［４］ＶＡＩＮＩＫＡＩＮＥＮ　Ｐ，ＯＬＬＩＫＡＩＮＥＮ　Ｊ，ＫＩＶＥＫＡＳ　Ｏ，ｅｔ　ａ１．Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ—ｂａｓｅｄ　ａｎａｌｙ￣ｓ　ｏｆｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｏｂｉｌｅ　ｈａｎｄｓｅｔ　ａｎｔｅｎｎａ　ａｎｄ　ｃｈａｓｓｉｓｆ　Ｊ１．　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ａ　ＰＩＦＡ，ｓｌｏｔｓ，ａｎｄ　ｇｒｏｕｎｄ　ｐｌａｎｅ　ｍｏｄｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ａｎｔｅｎｎａｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，２００９，５７（９）：２５２６－２５３３．　ｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｘｉｎｇｙｕ．Ａ　ｎｏｖｅｌ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　ｐ—　［９］　ＺＨＡＯ　ＡｎｐｉＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔｅｎｎａｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，２００２，５０（１０）：１４３３—１４４４．　［５］ＡＲＫＫＯ　Ａ　Ｔ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆ　ｇｒｏｕｎｄ　ｐｌｎｅ　ｓｉａｚｅ　ｏｉｌｔｈｅｆｒｅｅ—ｓｐａｃｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｆｏ　ａ　ｍｏｂｉｌｅ　ｈａｎｄｓｅｔ　ＰＩＦＡ　ａｎｔｅｎｎａ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．１２ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒ－　ｅｎｅｅ　ｏｎ　Ａｎｔｅｎｎａｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ．［Ｓ．１＿］：ＩＥＥＥ　Ｐｒｅｓｓ，２００３：３１６—３１９．　［６］ＨＵＹＮＨ　Ｍ　Ｃ，ＳＴＵＴＺＭＡＮ　Ｗ．Ｇｒｏｕｎｄ　ｐｌｎｅ　ｅｆａｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｐｌｎａｒ　ａｉｎｖｅｒｔｅｄ—　Ｆ　ａｎｔｅｎｎａ（ＰＩＦＡ）ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｊ］．ＩＥＥ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ａｎ—　ｔｅｎｎａｓ　Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，２００３，１５０（４）：２０９－２１３．　ｐｒｏａｃｈ　ｆｏｒ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｍｕｌｔｉ—ｂａｎｄ　ｈａｎｄｓｅｔ　ａｎｔｅｎｎａｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００８．Ｍａｃｕａ：ＩＥＥＥ　Ｐｒｅｓｓ，２００８：１－４．　作者简介：　刘蕊（１　９一　），女，硕士，讲师，应用电子技术中心主任，从事通信　［７］ＡＢＥＤＩＮ　Ｍ　Ｆ，ＡＬＩ　Ｍ．Ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｐｌｎｅ　ａａｎｄ　ｉｔｓ　ｅｆｆｅｃｔ　Ｏｉｌ　ｐｌａ‘　ｌｆｒ　ｉａｎｖｅｒｔｅｄ—Ｆ　ａｎｔｅｎｎａ（ＰＩＦＡｓ）ｆｏｒ　ｍｏｂｉｌｅ　ｐｈｏｎｅ　ｈａｎｄｓｅｔｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ａｎｔｅｎｎａｓ　ａｎｄ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００３（２）：２２６－２２９．　研究与教学工作；　何），学士，从事手机通信研究开发工作。　伟（１９８２一　京　收稿日期：２０１２—１２－２０　责任编辑：薛１６４《电视技术》第３７卷第１５期（，￣１４１７期）Ｉ投稿网址ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ＶｉｄｅｏＥ．ｏｎ