一种多频宽带覆盖的小型手机天线

精品文档-下载后可编辑一种多频宽带覆盖的小型手机天线文章设计了一种新型的多频宽带小型单极子天线，通过仿真，能达到国际上对手机天线的参数要求，并制作了天线实物。测试结果表明，该天线在电压驻波比小于等于3：1时，天线工作的频段分别为：814MHz—1152MHz、1670MHz—2710MHz、4600MHz—6400MHz，能实现对GSM/UMTS/LTE/WLAN/WiMAX等多个系统工作频段的覆盖，适用于现在的多系统手机。

1引言

近几年，移动通信在世界范围内得到迅猛发展，新的无线通讯标准不断推出。这些新标准往往要求系统双频段或者多频段工作。当前的内置手机天线一般要求覆盖GSM850/GSM900/GSM1800/GSM1900/UMTS（824MHz—894MHz/890MHz—960MHz/1710MHz—1880MHz/1850MHz—1990MHz/1920MHz—2170MHz），随着4G通信技术的发展，对LTE/WLAN/WiMAX频段的覆盖也成为了新的需求。但是由于手机空间狭小，多个天线之间会产生强烈的耦合，从而降低通讯质量，这就给天线设计带来了困难。因此，设计能够同时覆盖多个频段的天线成为了当前研究的热点和难点。

另一方面，随着手机日益普及，用户对手机的需求也越来越苛刻，小型化、个性化、超薄、多频、多功能等设计需求旺盛，这就要求我们设计出不仅能满足宽频带、多频段的工作需求而且具有较小尺寸的手机天线。而天线尺寸的减小意味着手机的频段变窄，效率降低。大多数能够达到宽频带、多频段工作的天线却因为其所占空间过大而不适用于手机。

如何在保证工作性能的前提下，设计出尺寸小频带宽，并且能覆盖多个频段的天线，成为当今世界性的研究热点。文献提出的双带线结构和电磁耦合技术是实现以上需求的有效方法。本文设计了一款小型化、多频化、宽带化的印刷单极子天线，天线厚度为0.5mm，面积为15×60mm2。通过采用双带线结构以及附加谐振枝的方法，天线不仅能有效覆盖GSM850、GSM900、GSM1800、GSM1900、UMTS、LTE2300、WLAN2450、WiMAX2500、WLAN5200、WiMAX5500、WLAN5800等多个频段，而且覆盖的频段都具有宽带特性。

2天线设计

2.1天线结构

天线基本结构如图1所示。橙色部分表示天线的正面，黑色边界部分表示天线的反面。该天线采用RT5880的介质板，介电常数为2.2，板厚为0.5mm，地板的尺寸为60×100mm2。由图1可以看出，该天线的辐射部分主要由左右两段双带线以及梯形结构的谐振枝节构成。右边双带线由印刷在介质板正面的L形枝节以及印刷在介质板背面的S形枝节组成，正面的L形枝节下端连接特征阻抗为50Ω的微带馈线，背面的S形枝节下端与地板相连，主要用于实现对1G部分（GSM850/GSM900）的覆盖。左边双带线的单极子由印刷在介质板正面的小反C形枝节以及印刷在介质板背面的大反C形枝节组成，正面的小反C形枝节下端连接特征阻抗为50Ω的微带馈线背面的大反C形枝节下端直接与地板相接，主要用于实现对2G部分（GSM1800/GSM1900/UMTS/LTE2300/WLAN2400/WiMAX2500）的覆盖。梯形结构枝节印刷在介质板的正面，该枝节下端结构与小反C形枝节的下端结构相连，主要用来实现对5G部分（WLAN5200/WLAN5800/WiMAX5500）的覆盖。

2.2天线结构分析

电流分布可以看出，该天线的右边双带线结构主要用于实现1G频段的覆盖，左边双带线结构主要用于产生2G频段的谐振，梯形结构主要用于实现5G部分的覆盖。右边双带线中S形枝节的长度为120mm，约为700MHz波长的1/4，L形枝节的长度为80mm，约为900MHz波长的1/4，它们相互耦合在低频段形成一个双谐振模，形成了低频段的宽频覆盖。

另外，它们在2.4GHz频段附近激发两个高次谐振模，可用于中频段的覆盖。左边双带线中大反C形枝节的长度为50mm，约为1.5GHz波长的1/4；小反C形枝节的长度为37mm，约为2GHz波长的1/4。它们在1.6GHz和2.1GHz附近激发出两个谐振，与右边双带线产生的两个高次谐振模一起形成对中频段的宽频覆盖。另外，左右两段双带线一起形成的结构在5.5GHz附近激发的两个高次谐振模，可以用于5.5GHz以上的高频覆盖，附加梯形枝节以后，可以成功地将5GHz至5.5GHz频段覆盖好，并且具有很宽的带宽。

3实物测试分析

根据仿真结果，制作了天线实物，如图4所示。该多频宽带天线与目前所使用的大多数智能手机的大小差不多，而且具有低剖面的特点，板厚只有0.5mm.该天线在RT5880介质板的两面用0.2oz的铜片印制而成。将用于测量的同轴线外端焊接到地板，内端焊接至微带馈线，焊接的位置选择在地板的中部可以很好地减小同轴线对测量造成的误差。

天线实物的回波损耗采用AgilentN5230A矢量网络分析仪测量，实测结果和仿真结果对比如图5所示，两者在目标频段范围内的回波损耗值具有比较好的一致性。实测结果表明，天线电压驻波比≤3：1的频段范围为：814MHz—1152MHz、1670MHz—2710MHz和4600MHz—6400MHz。与文献[9，10]中的天线相比，该天线具有宽频带＼多频段工作的特点。该天线低频段带宽达338MHz（相对带宽达34.4%），中频段带宽达1040MHz（相对带宽达47.5%），高频段带宽达1800MHz（相对带宽达32.7%），充分实现了对GSM/UMTS/LTE/WLAN/WiMAX频段的覆盖。

由图6给出的天线辐射方向图可以看出，其仿真结果和实测结果具有很好的一致性。在900MHz，其辐射方向图与偶极子天线类似，