一種新穎的雙G型超寬頻手機(jī)內(nèi)置天線仿真優(yōu)化

1. 前言

幾年來隨著無線通訊產(chǎn)品技術(shù)上的進(jìn)步，個(gè)人化的無線通訊產(chǎn)品可說是相當(dāng)?shù)钠占埃瑸榱诉_(dá)到美觀，使得手機(jī)逐漸縮小化，所以縮小天線整體面積或是體積是未來必然的趨勢。為了有良好的收發(fā)訊號品質(zhì)，手機(jī)天線多半采用全方向性輻射場型的線性極化天線，如單極天線 (monopole)，平面倒F型天線(PIFA)等，特點(diǎn)是都具有近似全方向性的輻射場型，并具有結(jié)構(gòu)簡單，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)多頻段單極天線多為帶寬不能滿足設(shè)計(jì)需要而煩惱，本文介紹的手機(jī)天線采用新型高介電常數(shù)材料作為天線支架，達(dá)到天線體積的縮小的目的，并且設(shè)計(jì)出新穎的雙G型天線模型使天線可以覆蓋的通訊頻段達(dá)到CDMA800，GSM900，DCS1700，PCS1900至WCDMA2100，天線設(shè)計(jì)過程中使用的軟件為CST Microwave Studio。

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

圖1 雙G型天線幾何結(jié)構(gòu)圖

2. 天線設(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歐姆饋線寬度為1.97mm。天線支架的長度為40mm，寬度為3.5mm，高為4mm，介電常數(shù)εr為7的特殊樹脂材料，損耗正切Loss tangent < 0.001.這種材料很適合作為天線的支架。材料來自日本東京的研發(fā)機(jī)構(gòu)。

圖3 雙G天線在CST軟件仿真中的模型圖3. 天線設(shè)計(jì)及軟件仿真優(yōu)化

在CST中經(jīng)過多次仿真得知：(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小; 當(dāng)縫隙S2增大時(shí)，低頻的帶寬相對增大，可以與S1的調(diào)節(jié)進(jìn)行匹配從而得到滿足要求的低頻。(2)改變Gs對低頻部分的影響很大，通過軟件仿真可以看出Gs增大可以優(yōu)化低頻的駐波。

圖5 參數(shù)Gs改變在仿真軟件中所得的結(jié)果比較

經(jīng)過多次仿真，天線的駐波可以達(dá)到設(shè)計(jì)的需要。通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試，使用安捷倫的網(wǎng)絡(luò)分析儀8753E測試天線駐波曲線，史密斯圓圖。

圖7 天線史密斯阻抗圓圖

圖8 測試天線模型

經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)分析儀測試，然后放入ETS 7x7x4mm3 的暗室里測試天線遠(yuǎn)場輻射圖和天線效率。圖9為測試天線模型。結(jié)果具體見下列圖示。天線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。

圖9 天線分別在頻率894MHz、1990MHz和2110MHz的電場輻射圖及天線效率曲線圖

4. 結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的這種超寬頻高介電天線，經(jīng)過Pulse蘇州ETS暗室認(rèn)證測試得到的結(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，具有非常高的市場應(yīng)用價(jià)值。其原理跟市場上流行的 HTCC陶瓷天線有異曲同工之妙。