ＰＩＦＡ天線的設計及帶寬的比較

摘要：基于小型化手機天線對帶寬的要求，分別設計了工作在GSM和DCS頻段的兩組單頻的PIFA天線。

關鍵詞：無線移動通信；平面倒F天線(PIFA)；帶寬

引言

現代無線通信的飛速發展對無線通信設備的設計提出了越來越高的要求，手機的小型化成為一個趨勢。手機內置天線具有不易損壞，對人體輻射小等優點成為當今手機天線設計的首選。平面倒F天線(PIFA)具有尺寸小，重量輕且后向輻射小等優點而成為目前內置天線的主要形式。不斷縮小的空間對天線性能提高提出了一個巨大挑戰，尤其對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，開矩形凹槽，改變饋點的結構，加多層貼片或多個支路等^[1]-[4]，其中改變饋點結構是最直接有效的方法，但是此種方法在實際設計中不易實現。本文設計并比較了兩組PIFA單頻天線，分別工作在GSM和DCS頻段(880－960MHz和1710—1880MHz)，對比兩種走線方式的變化對帶寬產生的影響。實驗結論表明此種增加帶寬的方法更具實用價值。

天線設計

該PIFA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。設計時用一個L×w×H為90mm×40mm×1mm的FR4板模擬手機的主板，天線的尺寸為W×L×H為40mm×17mm×7mm，模擬板整體結構如圖2所示，靠近板子邊緣的是短路點，另一個是饋點，調試中用50歐姆同軸線饋電。調整天線的線長，根據天線從饋點到終端的線長一般符合，在矢量網絡分析儀上觀察駐波分別調整到中心頻率為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上也進行了仿真。

試驗結果與討論

實物模型的測量和仿真結果如圖3所示，仿真結果和實測結果比較一致，都是先粗后細的天線帶寬比先細后粗的帶寬要寬些。在矢量網絡分析儀上觀察S11參數，可以得到兩組天線的各自帶寬(按s11=-7計算)，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的帶寬都比由細到粗的帶寬要寬些。由粗到細的天線在自由空間的輻射方向性圖的測量結果如圖4所示，測的天線增益是：915MHz時0．5dBi，1805MHz時．1.7dBi，以上結果表明，該天線適合用于移動通信終端^[5]。

結語

本文設計并比較了兩組單頻的PIFA天線，分別工作在900MHz和1800MHz頻段，對實物模型進行了測試，得到的S11參數和仿真的結果比較吻合，并且測試了輻射方向性圖和增益。實驗結果表明，PIFA天線的走線從饋點出來粗一些，到終端細些，相應的帶寬會比先細后粗的寬些。實際應用中發現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通信終端PIFA天線的設計，尤其適合于手機天線的設計應用。

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