具有藍(lán)牙功能的三頻單極子手機(jī)天線仿真分析

1 引言

隨著現(xiàn)代通信的發(fā)展和IEEE 802. 11b/ g (2.4 GHz～2.48 GHz) 標(biāo)準(zhǔn)的提出,藍(lán)牙通信技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展?，F(xiàn)在，除手機(jī)外，許多電子廠商在多種產(chǎn)品中都集成了藍(lán)牙功能，如筆記本、MP3，甚至電視機(jī)等等，且由于藍(lán)牙通信協(xié)議的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，它們都能與藍(lán)牙手機(jī)進(jìn)行無(wú)障礙實(shí)時(shí)通信，藍(lán)牙通信平臺(tái)已經(jīng)日漸壯大，因此藍(lán)牙已經(jīng)是現(xiàn)代手機(jī)不可或缺的主要功能之一。伴隨著手機(jī)小型化的發(fā)展，具有藍(lán)牙通信頻段的小型化內(nèi)置手機(jī)天線也必將得到廣泛應(yīng)用。

本文利用單極子天線可折疊、寬帶寬、H面全向等優(yōu)點(diǎn)，利用DESIGNER軟件防真，設(shè)計(jì)了一款具有三個(gè)工作頻帶的小型化單極子手機(jī)內(nèi)置天線。天線的工作頻率完全覆蓋了GSM900M（890MHz~915MHz），DCS1800M（1.71GHz~1.88GHz），Bluetooth（2.4 GHz ~2.48 GHz）的所有頻率。而且，由于采用空間折疊的方法，天線尺寸得到了有效的減小，天線主體尺寸僅為20mm×10mm×5mm，非常適用于小型化內(nèi)置手機(jī)天線。

2 天線設(shè)計(jì)

對(duì)于內(nèi)置天線來(lái)說(shuō)，手機(jī)電路板對(duì)天線諧振頻率的影響是不可忽略的。因此手機(jī)內(nèi)置天線的設(shè)計(jì)必須考慮電路板存在的影響。這里使用接地的RF4基帶板來(lái)模擬手機(jī)電路板，電路板的設(shè)計(jì)尺寸為90mm×45mm，基版背面的接地板尺寸為76mm×45mm，天線位于電路板的右上方，具體位置如圖1所示。圖2為天線主體部分結(jié)構(gòu)示意圖。在仿真中，天線通過(guò)背面同軸接頭實(shí)現(xiàn)饋電，實(shí)際中也可以從電路板上的微帶接頭處直接饋電。

圖1 手機(jī)基版及天線位置示意圖

(a) 右側(cè)面

(b) 左側(cè)面

圖2 天線結(jié)構(gòu)示意圖

單極子天線設(shè)計(jì)中，首先要確定天線貼片最大電尺寸，保持在最低工作頻率的四分之一波長(zhǎng)附近。之后，將天線在一定空間上進(jìn)行折疊，一般單極子貼片天線都會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)諧振頻率：二分之一波長(zhǎng)諧振和四分之一波長(zhǎng)諧振。然后，在折疊天線上添加另一個(gè)四分之一波長(zhǎng)諧振枝節(jié)，實(shí)現(xiàn)第3個(gè)諧振頻率。加入此枝節(jié)后，會(huì)令第一諧振頻率向低頻移動(dòng)，適當(dāng)減小貼片長(zhǎng)度使第一個(gè)諧和第三個(gè)諧振頻率固定在所需要頻率處，這里設(shè)計(jì)頻率為0.9GHz和2.45GHz。

天線的第一諧振頻率為四分之一波長(zhǎng)諧振，第二個(gè)諧振頻率因折疊方式的不同而發(fā)生變化，一般為四周折疊的尺寸比例越大頻點(diǎn)越高。而當(dāng)此諧振點(diǎn)大于所需頻率時(shí)可在側(cè)面加枝節(jié)來(lái)拉低諧振頻率，如圖2所示枝節(jié)B即為調(diào)節(jié)第二諧振頻率的匹配枝節(jié)。這里所設(shè)計(jì)的天線在側(cè)面無(wú)枝節(jié)時(shí)兩個(gè)諧振頻率分別為0.9GHz和1.97GHz，在左側(cè)面加枝節(jié)B后可將第二諧振點(diǎn)調(diào)節(jié)至1.8GHz。