哈工大移动通信终端天线设计教案

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1、Dept.ofElectronics&CommunicationEngineeringHarbinInstituteofTechnologyHarbin150001,P.R.ChinaE-mail:qwu@hit.edu.cnTel.+864516413502移动通信终端天线设计(1)吴群教授，工学博士微波技术课系列讲座March2003移动通信终端•移动通信终端设备包括：•蓝牙（Bluetooth）–PC–PDA–PC卡–移动电话•无线LAN卡(IEEE802.11b)•无绳电话•RFID卡微波技术课系列讲座March

2、2003手机电路组成Base-BandRFAntennaSubsystemSubsystem(Digital)(Analog)占1/3占2/3微波技术课系列讲座March2003目录•无线移动通信天线•手机天线设计考虑•手机天线类型•外装式手机天线•内置式手机天线•GMS手机天线设计•近场3-D测试天线暗室与设备•天线性能测试•未来手机天线发展趋势•其他和天线有关的文献资料微波技术课系列讲座March2003无线移动通信终端天线微波技术课系列讲座March2003无线移动通信天线•便携式无线通信设备：无绳电话手持机、传呼

3、机、无线MODEM、笔记本电脑用PCMCIA传呼机卡手机•基本特点：这些天线都是位于人体附近安装在设备内（插入笔记本电脑内）使用者手持操作使用位置不固定微波技术课系列讲座March2003无线移动通信天线•便携式无线通信设备对天线要求：体积小、重量轻、具有两个正交极化特性、所有主面的辐射方向图应是准全向的•便携式无线通信设备天线应用要求：带宽要尽可能宽、人体（手）对天线的影响要尽可能小、人体对天线的电磁能量的比吸收率(SAR)应尽可能小。希望能将天线集成到便携通信设备的印制电路板或塑料外壳上。微波技术课系列讲座March

4、2003微波技术课系列讲座March2003手机天线设计考虑•移动环境中天线性能的计算•天线性能的计算•天线的平均有效增益计算•天线设计中的人体辐射安全考虑模拟机7W数字机2W天线结构与形式外置式：¼波长鞭状、¼波长伸缩式（振子螺旋天线组合）、螺旋内藏式：微带缝隙、微带贴片、介质、背腔式、铁氧体式。微波技术课系列讲座March2003手机天线设计考虑微波技术课系列讲座March2003手机天线设计考虑•克服人体对电波吸收和散射引起接收特性的改变；•多信道传播以辐射指向性造成增益下降。•天线要与RF模块连接，要解决阻抗匹配

5、微波技术课系列讲座March2003手机天线设计考虑•手机天线不同于一般固定通信天线，安装于小型机壳内，贴近人体，边移动，边使用。•需解决的关键技术问题–克服人体对电波吸收和散射所引起接收特性的改变–多信道传播以辐射指向性造成增益下降等问题。•对于某些手机天线，采用分集天线。它由两部分构成，外部天线为伸缩的鞭状天线，收藏在机体内，收发兼用；内藏天线为平面天线，用作接收专用天线。利用这两种天线，在接收时可供选择分集。•为了满足超小型化手机的需要，最近将内藏天线研制成平板状的反向F天线以及用微带贴片做成的小型天线，除体积进一

6、步缩小外，并具有高增益和大宽带等优点，它是制在介质基板或PCB上，通过合理形状设计，求得特性最佳化。•微波技术课系列讲座March2003手机天线主要技术指标•频率•增益•阻抗•驻波比•吸收率微波技术课系列讲座March2003手机天线技术指标微波技术课系列讲座March2003外置式手机天线微波技术课系列讲座March2003外置式天线特点外置式天线(多为伸缩式)如单极天线和螺旋天线在手机上广泛应用•外装式天线缺点：–不能集成到印制电路板或设备外壳上，增加总尺寸(尤其是伸缩式)；–易于折断和弯曲；–天线比吸收率（SAR

7、值）高，不易屏蔽，人体对天线的性能影响较大；–仅有一种极化特性，在人体附近场性能较差；–螺旋天线加工不易达到精确控制和重复性，需要匹配电路，使成本和损耗都增加；–可伸缩的外装式天线还存在天线可伸缩次数的物理极限；–伸缩天线在处于某一中间位置时，天线在电气上并未与电话机相连；–伸缩天线外装式天线通常要求一个内装分集天线来解决衰减问题；–外装式天线通过隔离接收与发射频段来取消双工器。结论：设计一个高效率、性能完善的双频天线不容易微波技术课系列讲座March2003外置式手机线天线的评价•右图是垂直放置的手机螺旋天线在自由空间

8、的水平和垂直极化面上的辐射方向图•可以看出，两组极化面的辐射图不同•在水平面，垂直极化波效率近似为70%，而水平极化波低于5%•在垂直面，水平极化图更差，而垂直极化图出现两个零点微波技术课系列讲座March2003外置式线天线的评价•移动通信基站发射天线都是采用垂直极化，当手机垂直放于自由空间中时可从其水平面上得到最