一種多頻段單平面Monopole手機天線的設計

楊虹+侯春鵬

摘要：設計了一種多頻單平面monopole 手機天線，通過添加耦合饋電短路枝節(jié)和調整天線尺寸，在天線回波損耗S11 < -6dB時，實現了對LTE-700/2300/2500，GSM-850/900，DCS-1800， PCS-1900，UMTS-2000，WiMAX-2300，WLAN-2400的完全覆蓋。天線輻射單元面積為15×55mm2，印刷在一塊 115×55mm2 0.8mm厚的C形FR4襯底上，仿真結果表明水平方向近似全向，能夠滿足4G智能手機的實際需求。

關鍵詞：Monopole天線；多頻段；耦合饋電；單平面；LTE700；設計

中圖分類號：TN828 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）01-0145-02

隨著移動通信技術的飛速發(fā)展，移動通信4G時代正在穩(wěn)步向前，通信系統現在處于2G、3G與4G共存的局面。手機要實現更多的功能，那么就意味著在相同的手機尺寸空間下，手機天線要求支持更多的頻段、覆蓋更大的帶寬。為了能夠覆蓋這些通信頻段，系統需要能夠覆蓋其中不同頻段的多個天線來一起工作。但由于手機的空間有限，導致各個天線靠得較近，從而因為耦合作用降低通訊質量。因此，研究新型的多頻寬帶的手機天線很有必要。近年來，學者們提出了很多適用于LTE頻段（698-787，2300-2400， 2500-2690MHz）和WWAN（1700-2690MHz）的手機天線[1-5]。

本文提出了一種單平面的monopole手機天線。該天線通過一個耦合饋電的短路枝節(jié)和直接饋電的單極子天線組成，天線和地板平面在同一平面上，集成在一塊C形的介質板上，實現了期望的帶寬（698-960，1710-2690MHz），覆蓋了LTE-700/2300/2500，GSM-850/900， DCS-1800， PCS-1900，UMTS-2000，WiMAX-2300，WLAN-2400十個頻段，可用于不同制式的無線通信設備。

設計的天線僅占15×55mm2的面積，印刷在一塊面積115×55mm2 0.8mm厚FR4襯底上，結構簡單緊湊，剖面低，非常適用于超薄智能手機。本文對天線進行了仿真，仿真結果顯示天線具有良好的阻抗帶寬和輻射特性，具有潛在的工程應用價值。

1 天線設計

圖1（a）為所設計天線的結構圖。天線設計可以粗略的分成兩部分：右邊部分主要負責低頻部分（698-960MHz），由一個L形的饋電帶線和一個耦合的短路寄生貼片組成，它們分別在700MHz和900MHz激起一個基本諧振；左邊部分主要負責高頻部分（1710-2690MHz），由一個L形貼片和一個平行的貼片組成。它們被印刷在PCB頂端55X15mm2 的凈空區(qū)域，其厚度為0.8mm，相對介電常數為4.4，損耗正切為0.02。天線由一根50Ω的同軸線進行饋電。如圖1（b）所示，PCB中引入了一個30mmX60mm的缺陷，該缺陷可以為手機電池留出更多的空間，有利于手機的輕薄化，另外有助與低頻的阻抗匹配，使低頻能夠很好的覆蓋LTE700這一頻段。通過仿真優(yōu)化，列出了最終天線的尺寸參數。

2 結果與分析

由圖2為天線的回波損耗仿真結果，從圖中可以看到天線在低頻和高頻分別產生兩個諧振，當回波損耗小于-6dB時，天線諧振低頻帶寬為681-1005 MHz，諧振高頻帶寬為1.69-2.71GHz，完全覆蓋了4G手機的全部LTE頻段。圖3為天線在720MHz，1.72GHz和2.65GHz三個諧振點YZ面和XZ面的增益方向圖。可以看到天線在H面（YZ面）有很好的全向輻射特性，在E面（XZ）面呈8字方向特性。這是因為短路耦合枝節(jié)的引入在面看似加載了反射器，同時在面天線的地板也充當了反射器的作用，這兩種情況都會改變E面輻射方向圖，造成對面比對面影響更大些。

3 結語

設計了一種多頻段平面單極子手機天線，通過添加耦合饋電的短路枝節(jié)和調整PCB地板結構，決了小型手機天線低頻段LTE700難以覆蓋的難點。所設計的天線結構緊湊簡單，剖面低，易于加工和集成。天線可以工作在LTE-700/2300/2500， GSM-850/900， DCS-1800， PCS-1900，UMTS-2000，WiMAX-2300，WLAN-2400十個頻段，具有良好的阻抗匹配和全向輻射特性，適用于當今超薄全網通手機。

參考文獻

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