双G型超宽频手机内置天线

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摘要

        本文讨论的双G型超宽频手机内置天线,是一款体积小( 长38mm,宽3.5mm,高4mm)。覆盖频段达到CDMA800, GSM900, DCS1700, PCS1900 至 WCDMA2100 的新型手机内置天线.用CST Microwave Studio软件对其进行仿真及优化。仿真和测试结果都表明该天线性能良好,具有较高的市场应用价值。

1. 前言

        几年来随着无线通讯产品技术上的进 步, 个人化的无线通讯产品可说是相当 的普及,为了达到美观,使得手机逐渐缩 小化,所以缩小天线整体面积或是体积是 未来必然的趋势。为了有良好的收发讯号 品质,手机天线多半采用全方向性辐射场 型的线性极化天线, 如单极天线 (monopole),平面倒F型天线(PIFA)等, 特点是都具有近似全方向性的辐射场型, 并具有结构简单,易与基板整合,制作成 本低廉等有点。目前市面上的手机多频段 单极天线多为带宽不能满足设计需要而烦恼,本文介绍的手机天线采用新型 高介电常数材料作为天线支架,达到天线 体积的缩小的目的,并且设计出新颖的双G 型天线模型使天线可以覆盖的通讯频段达 到CDMA800, GSM900, DCS1700, PCS1900 至 WCDMA2100.天线设计过程中使用的软 件为CST Microwave Studio。

       图1为本文所提出的天线展平几何结构图,天线长38mm,宽3.5mm,高4mm。

2. 天线设计及结构尺寸

        图2为手机基板顶部的结构图,所采用的印刷平面基板长度为100mm和宽度为 40mm的FR4玻纤板,介电常数εr为4.9, 厚度为0.5mm, 去地的面积为*0mm?;50 欧姆馈线宽度为1.97mm。天线支架的长度 为40mm, 宽度为3.5mm, 高为4mm,介电常 数εr为7的特殊树脂材料,损耗正切Loss tangent < 0.001.这种材料很适合作为天 线的支架。材料来自日本东京的研发机 构。

        图3为双G天线在CST软件仿真中的模型图。

3. 天线设计及软件仿真优化

        在CST中经过多次仿真得知:(1) 改变 S1和S2这两个参数都会使低频部分的谐 振发生改变(见图4和图5),且变化规律 为:当缝隙S1增大时,低频部分的两个谐 振耦合的越好,但是低频带宽逐渐减小; 当缝隙S2增大时,低频的带宽相对增大, 可以与S1的调节进行匹配从而得到满足 要求的低频。(2)改变Gs对低频部分的影 响很大,通过软件仿真可以看出Gs增大可 以优化低频的驻波。

        经过多次仿真,天线的驻波可以达到设 计的需要。通过实验调试,使用安捷伦的 网络分析仪8753E测试天线驻波曲线,史密 斯圆图。

        经过网络分析仪测试, 然后放入ETS 7x7x4mm3 的暗室里测试天线远场辐射图 和天线效率。图9为测试天线模型。结果具 体见下列图示。天线的辐射方向基本处于 全向辐射。适合用于手持终端移动设备。

4. 结论

        本文所设计的这种超宽频高介电天线, 经过Pulse苏州ETS暗室认证测试得到的 结果可以看出是具有良好的辐射性能, 而且体积小,结构新颖, 具有非常高的 市场应用价值。其原理跟市场上流行的 HTCC陶瓷天线有异曲同工之妙。



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