手持移動終端的可重構天線設計

O 引言

目前，各種通信系統發展的重要方向之一是大容量、多功能、超寬帶。通過提高系統容量、增加系統功能、擴展系統帶寬，一方面可以滿足日益膨脹的實際需求，另一方面也可以降低系統成本。而天線作為各種無線通信系統的前端，其性能對于通信系統整體功能具有重要的影響，因此也相應的對其提出了諸如多頻、寬帶、小型化等要求。隨著無線通信系統的日益復雜化，單一的傳統天線已經不能滿足要求。而多天線設計雖然可以滿足新一代無線通信系統對天線的高要求，但是，天線數目的增多，會使設備成本、天線的空間布局等問題凸顯出來。特別是在手持移動設備上，由于空間有限，使得多天線的設計異常困難。在這種情況下，可重構天線就具有非常明顯的優勢。它可在不改變天線的尺寸和結構的情況下在天線的方向圖、工作頻率、極化特性等方面實現重構，從而使一個天線能夠實現多個天線的功能，適應移動終端不同的應用環境和要求。

在天線的方向圖可重構方面，目前的研究主要集中在采用八木形式的結構上。即通過開關控制來改變反射器或引向器的有效諧振長度，從而實現反射或者引向作用，使天線的輻射方向發生變化。但是，這種方式需要多個天線。故在手持終端有限的空間下，采用這種方式有很大的困難。另外，在天線極化方式可重構方面，研究的重點也是單貼片的天線，即通過在天線上開槽或者采用多條饋線，并在不同位置安裝開關來改變開關的狀態從而實現極化方式的變化，但是，這種天線的面積較大，同時采用多條饋線的結構太復雜，都不適用于實際的移動設備。

本文提出了一種用于手持移動設備的可重構天線．該天線在適當位置安裝了RF-PIN開關，可通過直流控制電路控制開關的通斷，以使天線以兩種正交的線極化方式工作，同時也使天線的方向圖發生變化，從而實現極化方式和方向圖的重構。該天線結構緊湊，面積小，易于制造，并具有在同一終端安裝多個天線來實現MIMO(多輸入多輸出系統)的潛力，故在移動終端中有良好的應用價值。

1 天線結構與設計

天線可以與手持設備電路板集成在一起，安裝在電路板的左上角，其結構和RF-PIN開關控制電路示意圖如圖1所示。

圖1 天線結構及開關電路示意圖

通常的天線版圖位于介質基片的底面，控制電路位于基片的頂面，圖l中的D1、D2為兩個RF-PIN開關；Cl、C2為旁路電容，對高頻信號短路；L1、L2為電感，對高頻信號開路。二極管和電容通過通孔與底面的天線連接。該天線基片采用厚度為0．8 mm，介電常數為4．4的FR4材料。水平與垂直的兩個微帶結構通過RF-PIN開關與電路板地相連，中間的微帶為饋線，并通過同軸電纜直接饋電。微帶天線的諧振頻率主要取決于微帶線的長度，在一般情況下，在介電常數為εeff的基片上，微帶線的波導波長約為：

圖2 兩種模式下天線S11曲線

由于兩種工作狀態下，天線的接地端不同，因此，天線的有效輻射部分也有所不同。當處于X模式時，天線結構中垂直部分的微帶線接地，因此，天線的輻射部分應該為水平部分的微帶，天線也相應工作在水平極化方式。圖3所示為天線在2．44 GHz時的射頻電流分布圖。