【无线射频天线】-学个Antenna：手机天线之宽带匹配原理

----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----学个Antenna：手机天线之宽带匹配原理学个Antenna是以天线仿真和调试为主，理论原理为辅的干货天线技术专栏，包括天线入门学问以及各类天线的原理简介、仿真软件建模、设计、调试过程及思路。如有想看到的内容或技术问题，可以在文尾写下留言。

1.集总LC匹配：

5.8GHz阻抗(ohm)为100-j100，并电容串电感方式实现匹配

2.微带线匹配：

示例1中，5.8GHz阻抗(ohm)为100-j100，仅用2节微带线也可以实现匹配

先串联50ohm微带线，使其与匹配圆相交，然后再串联高阻抗微带线即可实现匹配。这里高阻抗微带线其实和电感的特性差不多，原理如下：由微波工程的微波网络分析一节易得长度为L无耗传输线，其A矩阵为：当特性阻抗变为高阻抗时，，该矩阵退化为上三角矩阵:​​​​​​​这与串联电感的A矩阵类似：在上述示例中，5.8GHz阻抗(ohm)为100-j100，除了用2节微带线，一节能不能实现呢？答案是确定的！

在上面视频中，用了一节125ohm左右的微带线即实现了匹配，从匹配轨迹上来看，其实就是DP1以125ohm在smith圆图上对应的点为圆心，围着其顺时针旋转。理论上只要在实轴上找到一个阻抗点，使得其到待匹配点和匹配点距离全都，就可以实现单微带线匹配。

窄带贴片天线仿真

下图边馈式贴片天线（采纳1mm厚度的FR-4基板），其理论的带宽比较窄。

窄带贴片天线-CST仿真结果(（（点击小图可看清楚大图）））

从左到右依次为CST仿真的S11，Smith圆图，天线的辐射效率和总效率。​​​​​​​可以看出该天线的10dB带宽大致为200MHz（3.44%左右的相对带宽）。​​​​​​​从最右边的效率图可知，除谐振频率四周外，远离中心频率的频段由于没有得到良好匹配，天线的总效率（绿色曲线）快速下降宽带匹配方式1

在之前的推文中，我们在文末推举了清华高校-张志撰写的AntennaDesignforMobileDevices。其中其次章节就是AntennaMatching，2.2.4的BandwidthConsideration举了3个拓展频带的集总LC元件匹配方法。

这里将应用Example2.1的匹配思路（如下图所示）进行带宽的拓展。

如上图所示，谐振中心四周其S11快速恶化。从图b也可看出，Smith圈比较发散，除谐振频率点在纯电阻线上，其他频点在Smith圆图上则渐渐远离匹配中心，因此S11看起来在1.35GHz左右取到微小值。良好的匹配应当是尽可能将阻抗线（图b黑色曲线）在宽频带内向匹配点处收敛。

如图b所示，Highband处于感性区，Lowband处于容性区。Highband通过并联电容可以向下搬移，Lowband通过并联电感可以向上搬移。假设低频需要电感值为，高频需要电容值为，选择合适的，同时满意高频和低频的匹配，以及并联LC电路的谐振频率在待匹配的谐振频率四周，，就能实现下图所示宽带匹配效果。

并联LC电路的输入阻抗如下图所示，可以看出低频呈现感性，高频呈现容性，理论上同时实现低、高频的匹配。

在利用并联LC元件拓展带宽前，先增加贴片天线馈线宽度，使Smith圈靠低阻区挪动，便于后续的匹配设计。

下面按上述方法，增加并联LC匹配电路，可以看出10dB带宽拓展到了400MHz。

宽带匹配方式1：并联LC电路(点击小图可看清楚大图）

优化匹配前后对比：(点击小图可看清楚大图）

从上图可以看出，谐振中心频带得到拓展，而边带的天线总效率则会随着偏离谐振中心进一步急剧下降。

下期预报：简单匹配网络在手机天线的应用实例。

*本文的图片部分来自微波工程教材，致谢MarkdownNice供应的公式排版服务

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