具有藍牙功能的三頻單極子手機天線仿真分析

1 引言

隨著現代通信的發展和IEEE 802. 11b/ g (2.4 GHz～2.48 GHz) 標準的提出,藍牙通信技術得到了迅猛的發展。現在，除手機外，許多電子廠商在多種產品中都集成了藍牙功能，如筆記本、MP3，甚至電視機等等，且由于藍牙通信協議的統一標準，它們都能與藍牙手機進行無障礙實時通信，藍牙通信平臺已經日漸壯大，因此藍牙已經是現代手機不可或缺的主要功能之一。伴隨著手機小型化的發展，具有藍牙通信頻段的小型化內置手機天線也必將得到廣泛應用。

本文利用單極子天線可折疊、寬帶寬、H面全向等優點，利用DESIGNER軟件防真，設計了一款具有三個工作頻帶的小型化單極子手機內置天線。天線的工作頻率完全覆蓋了GSM900M（890MHz~915MHz），DCS1800M（1.71GHz~1.88GHz），Bluetooth（2.4 GHz ~2.48 GHz）的所有頻率。而且，由于采用空間折疊的方法，天線尺寸得到了有效的減小，天線主體尺寸僅為20mm×10mm×5mm，非常適用于小型化內置手機天線。

2 天線設計

對于內置天線來說，手機電路板對天線諧振頻率的影響是不可忽略的。因此手機內置天線的設計必須考慮電路板存在的影響。這里使用接地的RF4基帶板來模擬手機電路板，電路板的設計尺寸為90mm×45mm，基版背面的接地板尺寸為76mm×45mm，天線位于電路板的右上方，具體位置如圖1所示。圖2為天線主體部分結構示意圖。在仿真中，天線通過背面同軸接頭實現饋電，實際中也可以從電路板上的微帶接頭處直接饋電。

圖1 手機基版及天線位置示意圖

(a) 右側面

(b) 左側面

圖2 天線結構示意圖

單極子天線設計中，首先要確定天線貼片最大電尺寸，保持在最低工作頻率的四分之一波長附近。之后，將天線在一定空間上進行折疊，一般單極子貼片天線都會出現兩個諧振頻率：二分之一波長諧振和四分之一波長諧振。然后，在折疊天線上添加另一個四分之一波長諧振枝節，實現第3個諧振頻率。加入此枝節后，會令第一諧振頻率向低頻移動，適當減小貼片長度使第一個諧和第三個諧振頻率固定在所需要頻率處，這里設計頻率為0.9GHz和2.45GHz。

天線的第一諧振頻率為四分之一波長諧振，第二個諧振頻率因折疊方式的不同而發生變化，一般為四周折疊的尺寸比例越大頻點越高。而當此諧振點大于所需頻率時可在側面加枝節來拉低諧振頻率，如圖2所示枝節B即為調節第二諧振頻率的匹配枝節。這里所設計的天線在側面無枝節時兩個諧振頻率分別為0.9GHz和1.97GHz，在左側面加枝節B后可將第二諧振點調節至1.8GHz。