移动通信中小天线技术新进展

1、移动通信中小天线技术新进展随着无线通信中语音业务、窄带和宽带数据业 务、卫星广播、卫星定位的兴起，移动通信产品 市场需求的口益膨胀，只有那些体积小，携带方便, 高灵敏度，高稳定性的无线通信产品才能满足需 求。bicoms、mems等新兴微加工技术，使得不 仅是现数字、基带电路模块，甚至连射频模块也已 成功的实现了微型化、芯片化的设计和生产。与此 同时，天线作为重要的射频前端器件，其指标要求 也日益“苛刻”，小型化、内置化、多频段、智能化 是移动终端小天线的发展趋势。电小天线按照h.a.wheeler的定义是指最大天线尺寸lv/2的天线(为自由空i'可波长)。这里，我们所 指小天线一般是

2、包括电小天线或者较高频率(>2ghz)下尺寸较小的天线，本文将简要介绍我们在小天线研究 中的最新技术成果，主要涉及电小双频、多频天线技术，可重构天线技术。新型双频天线技术 线极化双枝印刷ifa天线1目前，双频线极化电小天线主要应用在gsm、pcs等个人移动终端上面。典型内置天线原型为平面倒f 结构。辐射贴片由形状产生了不同长度的绕行谐振电流，从而形成了双频特性。在2002年ieee的天线与传 播年会上，我们提出了新型印刷双枝的倒f天线结构原型，该结构可以直接印刷在电路板上，无需特殊安装 工艺，适合和电路进行一体化设计，并且该结构容易调谐，是双频天线新的候选结构。该天线设计和原理简述如下:

3、阴影部分为实际安装时电路板。印刷倒f结构可以有效的提高辐射电阻。曲折线与下面的短振子构成了 两个不同的谐振冋路。其中，为高谐振频率对应的自由空间波长。，为低谐振频率对应的自由空间波长。sr表 示曲折线的缩短率，一般取30%-40%«通过优化结构参数和材料介电常数，可以设计设计满足各种双频需要 的电小天线。圆极化双频电小天线技术2圆极化双频电小天线主耍应用在卫星定位地面接收设备上面。对于微带结构的圆极化微带天线，实现双频 的主流技术是在贴片上开缝实现。该结构的主要缺陷是没有对tm02的抑制，为了降低互耦，保证低旁瓣的方 向性，只能釆用tm01,tm03模式来构成双频。这样就增加的天线的

4、尺寸。我们提出了新型抑制高次模式的双 频微带结构。该结构由三部分构成，内部正方形贴片和外部带状框架通过四个带状线相连。在高频时(f=2.491ghz),谐振电流主要分布在内部正方形边缘，低频时(f二1.616ghz),谐振电流分布于外部带状框架。 四个带状线起到了抑制tm02模式的作用，使得低频和高频都谐振在tm01模式。该结构天线具有尺寸小，可 以比通常电小双频天线缩减40%的尺寸，双频下辐射方向图一致性好等特点。新型多频天线技术随着3g, wlan等应用的发展，多频段覆盖天线是天线发展最新的趋势。目前一般冇两种解决，一种是 多谐振结构来实现多频段，另一种是采取宽带结构，采取一个倍频的带宽来

5、覆盖所有要求的频段。我们首次提 出了新型印刷双环线多频天线和新型印刷双铃天线，作为第三代，和下一代移动通信天线单元的候选方案。新型印刷双环线多频天线3该天线结构是我们将在2003年亚太微波会议(apmc)上提岀的新型多频点小天线结构原型。该结构采 用了不同匝数的印刷环线构成了多个谐振回路，低频主要谐振在匝数多的环线上，高频主要谐振在匝数底的环 线上。两环的基次谐振模式和高次谐振模式耦合构成了该天线的多频特性。该天线的测量和仿真结果可以清楚 地看到，该天线在1ghz,1.6ghz,1.8ghz,2.4ghz,有多个谐振频段。新型双铃宽频天线41为了满足2ghz以上频率的多频通信的需求，我们设计出

6、了宽带平面内置天线。该天线覆盖了 24.2ghz 的频带可以满足imt2000, wlan802.1 lb,bluetooth,3.5ghz无线接入等应用。其辐射单元整体尺寸只有 31 mm* 15mm.,紧凑的设计结构易于和电路进行一体化的集成。可重构天线技术随着笫三代移动通信的兴起，国际上研发者的目光已经转向了下一代移动通信。下一代移动关键技术之一 是移动端智能天线的实现。忖前的天线原型是采用天线圆阵加载电抗的方式來控制天线的波束指向，该类原型 的主要缺点的尺寸大，不利于应用到便携式设备上。近年来，mems工艺的逐步发展，出现了新的天线类型: 可重构天线。该类型天线利用mems技术实现了天

7、线结构可变，使天线通过结构变化来改变天线频段，方向 性等参数。我们提出了首次离散天线结构加载mems开关的天线原型来控制波束指向。该天线工作在2.4ghz,由121的离散金属贴片和204个mems开关构成。金属贴片的连接或断开通过它 们之间的mems开关的闭合或断开来控制。这样，就可以通过优化离散贴片之间的拓扑结构来控制天线的参 数。结束语随着无线通信的飞速发展，作为关键技术之一的天线技术的革新速度也日益加快。身处天线行业中，笔者 时刻能感觉到国际上天线技术的竞争压力，在为国外公司作天线定制设计的时候，我们经常要考虑规避国外7、 8年前的天线专利技术。如何保护国内的天线技术知识产权，如何开创性

8、的发展新型天线技术，缩短与国际天 线技术水平的差距，如何避免仿制、低水平重复的短期行为，是我们天线业内人士必须要认真面对的一个问题。参考文献:1 mingyan. fan;乙 feng; x. zhang, mdual frequency double-branch printed inverted-f antenna*1 ieee 2002 ap-s digest, volume3, pp508 -5112 mingyan, fan; nanbo. jin; x. zhang, ha novel compact dual-frequency circular polarized patch

9、antenna11 apmc 2003.3 mingyan, fan; nanbo. jin; x. zhang,乙 feng, "pcs antenna design: the multi-band technique and its applications in bandwidth broadening'1 apmc 2003.4 mingyan fan; q. hao, x. zhang, z. feng, "wideband planar double rings antenna for mobile communication terminals” micro wave and millimeter wave technology, 2002 proceedings, pp 116