ＰＩＦＡ天線的設(shè)計(jì)及帶寬的比較

摘要：基于小型化手機(jī)天線對(duì)帶寬的要求，分別設(shè)計(jì)了工作在GSM和DCS頻段的兩組單頻的PIFA天線。

關(guān)鍵詞：無(wú)線移動(dòng)通信；平面倒F天線(PIFA)；帶寬

引言

現(xiàn)代無(wú)線通信的飛速發(fā)展對(duì)無(wú)線通信設(shè)備的設(shè)計(jì)提出了越來(lái)越高的要求，手機(jī)的小型化成為一個(gè)趨勢(shì)。手機(jī)內(nèi)置天線具有不易損壞，對(duì)人體輻射小等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)今手機(jī)天線設(shè)計(jì)的首選。平面倒F天線(PIFA)具有尺寸小，重量輕且后向輻射小等優(yōu)點(diǎn)而成為目前內(nèi)置天線的主要形式。不斷縮小的空間對(duì)天線性能提高提出了一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，尤其對(duì)帶寬的要求仍然很高，目前PIFA提高帶寬的方法有很多，諸如增加寄生貼片，開(kāi)矩形凹槽，改變饋點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，加多層貼片或多個(gè)支路等^[1]-[4]，其中改變饋點(diǎn)結(jié)構(gòu)是最直接有效的方法，但是此種方法在實(shí)際設(shè)計(jì)中不易實(shí)現(xiàn)。本文設(shè)計(jì)并比較了兩組PIFA單頻天線，分別工作在GSM和DCS頻段(880－960MHz和1710—1880MHz)，對(duì)比兩種走線方式的變化對(duì)帶寬產(chǎn)生的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)論表明此種增加帶寬的方法更具實(shí)用價(jià)值。

天線設(shè)計(jì)

該P(yáng)IFA天線的兩組平面俯視圖如圖1所示，其中(a)和(b)工作在880-960MHz頻段，(c)和(d)工作在1710—1880MHz頻段。設(shè)計(jì)時(shí)用一個(gè)L×w×H為90mm×40mm×1mm的FR4板模擬手機(jī)的主板，天線的尺寸為W×L×H為40mm×17mm×7mm，模擬板整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，靠近板子邊緣的是短路點(diǎn)，另一個(gè)是饋點(diǎn)，調(diào)試中用50歐姆同軸線饋電。調(diào)整天線的線長(zhǎng)，根據(jù)天線從饋點(diǎn)到終端的線長(zhǎng)一般符合，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上觀察駐波分別調(diào)整到中心頻率為900MHz和1800MHz。從圖1中看出天線的形式及走線方式是相似的，并且天線的始端和末端的線寬相差較大，以便于更有針對(duì)的比較。圖1(a)和(c)走線方式是先窄后寬，(b)和(d)是先寬后窄。并且在HFSS上也進(jìn)行了仿真。

試驗(yàn)結(jié)果與討論

實(shí)物模型的測(cè)量和仿真結(jié)果如圖3所示，仿真結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果比較一致，都是先粗后細(xì)的天線帶寬比先細(xì)后粗的帶寬要寬些。在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上觀察S11參數(shù)，可以得到兩組天線的各自帶寬(按s11=-7計(jì)算)，如表l所示，百分比表示帶寬與中心頻率的比值。在GSM和DCS頻段天線走線由粗到細(xì)的帶寬都比由細(xì)到粗的帶寬要寬些。由粗到細(xì)的天線在自由空間的輻射方向性圖的測(cè)量結(jié)果如圖4所示，測(cè)的天線增益是：915MHz時(shí)0．5dBi，1805MHz時(shí)．1.7dBi，以上結(jié)果表明，該天線適合用于移動(dòng)通信終端^[5]。

結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并比較了兩組單頻的PIFA天線，分別工作在900MHz和1800MHz頻段，對(duì)實(shí)物模型進(jìn)行了測(cè)試，得到的S11參數(shù)和仿真的結(jié)果比較吻合，并且測(cè)試了輻射方向性圖和增益。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PIFA天線的走線從饋點(diǎn)出來(lái)粗一些，到終端細(xì)些，相應(yīng)的帶寬會(huì)比先細(xì)后粗的寬些。實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)在任何頻段這種方法都可以增加帶寬。這種方法也適用于工作在其它頻段的移動(dòng)通信終端PIFA天線的設(shè)計(jì)，尤其適合于手機(jī)天線的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

1．Kin-Lu Wong．Planar Antennas for WirelessC 0 m m u n i c a t i O n s． A JOHNWlLEYSONS．INC．．PUBLICATION 2003：p27-39．

2．Zhan Li，Yahya Rahmat-samii and Teemu Kaiponen．Bandwidth Study of A Dual

Band PIFA on A Fixed Substrate for Wireless．1EEE，2003．

3．Won—II Kwak，Seong—OOkPark，Member，IEEE，and Jong-Sung Kim．A Folded Pla—nar Inverted-F Antenna for GSM／DCS／Bluetooth Triple—Band Application．IEEE ANTENNA AND WIRELESSPROPAGATION LEITERS，VOL．5，2006．

4．W．-C．Uu and C．-F．Hsu．Dual-band CPW-fedY-shaped monopole antenna for PCS／WLAN appli—cation．ELECTRONICS LETTERS，31 Sf March2005，Voi．41，No．7．

5．戚冬生、黎濱洪、劉海濤．新型可用于移動(dòng)手持設(shè)備的小型三頻天線．上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)．Dec．2004，vol 38，No．12．