一種新穎的雙G型超寬頻手機內置天線仿真優化

1. 前言

幾年來隨著無線通訊產品技術上的進步，個人化的無線通訊產品可說是相當的普及，為了達到美觀，使得手機逐漸縮小化，所以縮小天線整體面積或是體積是未來必然的趨勢。為了有良好的收發訊號品質，手機天線多半采用全方向性輻射場型的線性極化天線，如單極天線 (monopole)，平面倒F型天線(PIFA)等，特點是都具有近似全方向性的輻射場型，并具有結構簡單，易與基板整合，制作成本低廉等有點。目前市面上的手機多頻段單極天線多為帶寬不能滿足設計需要而煩惱，本文介紹的手機天線采用新型高介電常數材料作為天線支架，達到天線體積的縮小的目的，并且設計出新穎的雙G型天線模型使天線可以覆蓋的通訊頻段達到CDMA800，GSM900，DCS1700，PCS1900至WCDMA2100，天線設計過程中使用的軟件為CST Microwave Studio。

圖1為本文所提出的天線展平幾何結構圖，天線長38mm，寬3.5mm，高4mm。

圖1 雙G型天線幾何結構圖

2. 天線設計及結構尺寸

圖2為手機基板頂部的結構圖，所采用的印刷平面基板長度為100mm和寬度為 40mm的FR4玻纖板，介電常數εr為4.9，厚度為0.5mm，去地的面積為*0mm；50歐姆饋線寬度為1.97mm。天線支架的長度為40mm，寬度為3.5mm，高為4mm，介電常數εr為7的特殊樹脂材料，損耗正切Loss tangent < 0.001.這種材料很適合作為天線的支架。材料來自日本東京的研發機構。

圖3 雙G天線在CST軟件仿真中的模型圖3. 天線設計及軟件仿真優化

在CST中經過多次仿真得知：(1)改變S1和S2這兩個參數都會使低頻部分的諧振發生改變(見圖4和圖5)，且變化規律 為：當縫隙S1增大時，低頻部分的兩個諧 振耦合的越好，但是低頻帶寬逐漸減小; 當縫隙S2增大時，低頻的帶寬相對增大，可以與S1的調節進行匹配從而得到滿足要求的低頻。(2)改變Gs對低頻部分的影響很大，通過軟件仿真可以看出Gs增大可以優化低頻的駐波。

圖5 參數Gs改變在仿真軟件中所得的結果比較

經過多次仿真，天線的駐波可以達到設計的需要。通過實驗調試，使用安捷倫的網絡分析儀8753E測試天線駐波曲線，史密斯圓圖。

圖7 天線史密斯阻抗圓圖

圖8 測試天線模型

經過網絡分析儀測試，然后放入ETS 7x7x4mm3 的暗室里測試天線遠場輻射圖和天線效率。圖9為測試天線模型。結果具體見下列圖示。天線的輻射方向基本處于全向輻射。適合用于手持終端移動設備。

圖9 天線分別在頻率894MHz、1990MHz和2110MHz的電場輻射圖及天線效率曲線圖

4. 結論

本文所設計的這種超寬頻高介電天線，經過Pulse蘇州ETS暗室認證測試得到的結果可以看出是具有良好的輻射性能，而且體積小，結構新穎，具有非常高的市場應用價值。其原理跟市場上流行的 HTCC陶瓷天線有異曲同工之妙。