手機內置環形ＰＩＦＡ天線的設計

摘 要：提出一種GSM／DCS環形PIFA雙頻段內置天線。這種天線是為了解決沒有足夠帶寬，天線性能達不到要求的問題百提出的。重點敘述環形PIFA天線的設計方案，通過在饋線和接地線之間開槽，形成一個環形，增加天線的帶寬來解決上述問題。給出該方案下測試出的天線的性能指標VSWR、輻射模式、發射功率和接收電平等，整個天線的性能在該方案下都達到標準。

關鍵詞：PIFA內置天線；帶寬；VSWR

中圖分類號：TN820

文獻標識碼：B

文章編號：1004—373X(2008)04—192—03

1 引 言

近幾年隨著移動通信終端手機技術的發展，一般要求終端尺寸小、重量輕、低剖面，天線具有全向輻射方向圖。此外，天線還必須具有環境傳播特性，并且要牢固可靠，經得起運動時機械撞擊和環境的影響，目前市場上的手機呈現出一種使用內置天線的趨勢。內置PIFA(平面倒F天線)天線有許多優點，比如能給設計者在手機設計方面有更多的自由空間，減小天線壞掉的可能性，SAR值比較小。

同時，內置PIFA天線也面臨著一個主要的問題，天線的體積問題。天線要工作在一個特定的頻率，肯定要占用一定的體積。也就是說，手機需要一定的空間讓給內置PIFA天線，通常手機的尺寸是有限的，所以要做好一個內置PIFA天線，不僅要從性能方面考慮，而且對天線的體積也有要求。

隨著手機的復雜度越來越高，體積越來越小，給予設計天線的尺寸也越來越小，這些限制勢必影響到天線的帶寬和性能。

針對以上問題，文中提出一種在饋線和接地線之間開槽形成環形的方法，并用此方法開發一種緊湊的PIFA天線。這種天線在相同的天線尺寸下，增加了天線的帶寬，同時天線的性能也達到設計的要求，解決了上述問題。

2 天線的開發

天線的形狀如圖1所示。這個天線由饋線和接地線，表面金屬片、前向金屬片、側面金屬片和塑料架子組成，可以看出這個天線的最大不同在于饋線和接地線之間有一個環形。表面、前向和側面部分作為輻射體工作，來補償確定頻率的電長度。

天線的尺寸大小為35 mm(L)×20 mm(w)×6.5mm(H)，工作在GSM頻段和DCS頻段。通常情況下，一個半波偶極子或者單極子天線需要半波長或者1／4波長，然而在這個天線的設計過程中第一個面臨的問題就是天線的體積，天線正下面有一個喇叭，由于這個喇叭的存在無形之中減小了天線的體積，GSM和DCS的帶寬明顯減小，喇叭與天線會產生耦合，這樣更影響天線的整體性能。

為了解決這個問題，設計中采取如下方法：第一，輻射金屬片避開喇叭的磁芯投影，這樣可以減少喇叭與天線的耦合如圖1所示；第二，盡量的利用面積，在設計的過程中，充分利用了旁邊和側面，發射片的邊緣接近接地片的邊緣，甚至發射片超出接地片的邊緣，這樣增加了輻射能力和輻射片的面積，如圖2、圖3所示。

GSM／DCS手機天線的測試標準如表1所示，手機天線的設計要求是要滿足表1中的標準。為了檢驗采用上述方法設計的天線是否符合要求，進行實際測試，測試在2D暗室里進行，模擬基站的發射功率等級(PCL)為最高等級，測試的結果如表2所示。

從測試結果可以看出，僅采用上述2種方法的天線沒有達到GSM／DCS手機天線的標準，發射功率偏低，接收電平偏差。

為了解決發射功率偏低，接收電平偏差的問題，需要增加天線的帶寬，使手機的發射功率和接收電平達到要求。設計方案是在饋線和接地線之間開槽，形成一個環形，增加輻射片之間的耦合，開槽后的天線見圖1。

利用網絡分析儀測試天線的VSWR指標，未開槽的天線與開槽后的天線，兩者的VSWR性能如圖4，圖5所示。

經比較2幅圖形，可以明顯地看出，天線的帶寬增加了，而且VSWR得到了明顯的改善，不論在GSM波段還是在DCS波段天線的VSWR＜2.00:1。針對這樣的VSWR，在微波暗室里測試的結果如表3所示，這樣的測試結果完全符合天線的標準。

測試的方向性圖如圖6，圖7所示。從測試結果看出，兩個波段的方向基本上接近于全向，符合手機天線的輻射方向性要求。

3 結 語

環形PIFA天線占據GSM和DCS波段，他的VSWR值＜2.00:1，整機測試結果非常理想，都通過了標準的要求，而且余量比較大。

這種天線的設計主要是避免上面闡述的問題，并具有很好地輻射特性，所以手機能很好地工作在一個實際環境中，滿足用戶信號好、通話清晰的要求。但是，在實際的環境中，有很多額外的不確定因素，將影響手機和天線的性能，比如手的影響。

最大程度的提高手機天線的性能和穩定性，并且受外界條件影響最小的天線將是一個熱點研究的問題。