雙G型超寬頻手機(jī)內(nèi)置天線(xiàn)

摘要

本文討論的雙G型超寬頻手機(jī)內(nèi)置天線(xiàn),是一款體積小( 長(zhǎng)38mm，寬3.5mm，高4mm)。覆蓋頻段達(dá)到CDMA800, GSM900, DCS1700, PCS1900 至 WCDMA2100 的新型手機(jī)內(nèi)置天線(xiàn).用CST Microwave Studio軟件對(duì)其進(jìn)行仿真及優(yōu)化。仿真和測(cè)試結(jié)果都表明該天線(xiàn)性能良好,具有較高的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

1. 前言

幾年來(lái)隨著無(wú)線(xiàn)通訊產(chǎn)品技術(shù)上的進(jìn) 步， 個(gè)人化的無(wú)線(xiàn)通訊產(chǎn)品可說(shuō)是相當(dāng) 的普及，為了達(dá)到美觀，使得手機(jī)逐漸縮 小化，所以縮小天線(xiàn)整體面積或是體積是 未來(lái)必然的趨勢(shì)。為了有良好的收發(fā)訊號(hào) 品質(zhì)，手機(jī)天線(xiàn)多半采用全方向性輻射場(chǎng) 型的線(xiàn)性極化天線(xiàn)， 如單極天線(xiàn) （monopole）,平面倒F型天線(xiàn)（PIFA）等， 特點(diǎn)是都具有近似全方向性的輻射場(chǎng)型， 并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易與基板整合，制作成 本低廉等有點(diǎn)。目前市面上的手機(jī)多頻段 單極天線(xiàn)多為帶寬不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要而煩惱,本文介紹的手機(jī)天線(xiàn)采用新型 高介電常數(shù)材料作為天線(xiàn)支架，達(dá)到天線(xiàn) 體積的縮小的目的，并且設(shè)計(jì)出新穎的雙G 型天線(xiàn)模型使天線(xiàn)可以覆蓋的通訊頻段達(dá) 到CDMA800, GSM900, DCS1700, PCS1900 至 WCDMA2100.天線(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的軟 件為CST Microwave Studio。

圖1為本文所提出的天線(xiàn)展平幾何結(jié)構(gòu)圖，天線(xiàn)長(zhǎng)38mm，寬3.5mm，高4mm。

2. 天線(xiàn)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)尺寸

圖2為手機(jī)基板頂部的結(jié)構(gòu)圖，所采用的印刷平面基板長(zhǎng)度為100mm和寬度為 40mm的FR4玻纖板，介電常數(shù)εr為4.9， 厚度為0.5mm, 去地的面積為*0mm?；50 歐姆饋線(xiàn)寬度為1.97mm。天線(xiàn)支架的長(zhǎng)度 為40mm, 寬度為3.5mm, 高為4mm,介電常 數(shù)εr為7的特殊樹(shù)脂材料,損耗正切Loss tangent 0.001.這種材料很適合作為天 線(xiàn)的支架。材料來(lái)自日本東京的研發(fā)機(jī) 構(gòu)。

圖3為雙G天線(xiàn)在CST軟件仿真中的模型圖。

3. 天線(xiàn)設(shè)計(jì)及軟件仿真優(yōu)化

在CST中經(jīng)過(guò)多次仿真得知：（1） 改變 S1和S2這兩個(gè)參數(shù)都會(huì)使低頻部分的諧 振發(fā)生改變（見(jiàn)圖4和圖5），且變化規(guī)律 為：當(dāng)縫隙S1增大時(shí)，低頻部分的兩個(gè)諧 振耦合的越好，但是低頻帶寬逐漸減??； 當(dāng)縫隙S2增大時(shí)，低頻的帶寬相對(duì)增大， 可以與S1的調(diào)節(jié)進(jìn)行匹配從而得到滿(mǎn)足 要求的低頻。（2）改變Gs對(duì)低頻部分的影 響很大，通過(guò)軟件仿真可以看出Gs增大可 以?xún)?yōu)化低頻的駐波。

經(jīng)過(guò)多次仿真，天線(xiàn)的駐波可以達(dá)到設(shè) 計(jì)的需要。通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)試，使用安捷倫的 網(wǎng)絡(luò)分析儀8753E測(cè)試天線(xiàn)駐波曲線(xiàn),史密 斯圓圖。

經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試, 然后放入ETS 7x7x4mm3 的暗室里測(cè)試天線(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)輻射圖 和天線(xiàn)效率。圖9為測(cè)試天線(xiàn)模型。結(jié)果具 體見(jiàn)下列圖示。天線(xiàn)的輻射方向基本處于 全向輻射。適合用于手持終端移動(dòng)設(shè)備。

4. 結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的這種超寬頻高介電天線(xiàn), 經(jīng)過(guò)Pulse蘇州ETS暗室認(rèn)證測(cè)試得到的 結(jié)果可以看出是具有良好的輻射性能, 而且體積小,結(jié)構(gòu)新穎, 具有非常高的 市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。其原理跟市場(chǎng)上流行的 HTCC陶瓷天線(xiàn)有異曲同工之妙。