LTE单极手机天线的设计.doc

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1、LTE单极手机天线的设计　　摘要：提出了一种平面印刷六频段单极手机天线。该天线采用了在倒三角形单极天线底部添加半圈矩形螺旋枝节的结构，实现了小型化和多频化的性能。仿真与实测结果表明，天线在回波损耗S11<-6dB时，工作频段完全覆盖了GSM/DCS/PCS/UMTS/LTE频率范围；增益在低频段为0.82-1.57dBi，在高频段为2.1-4.5dBi范围；在相应工作点辐射方向图有良好的全向性，具有较高的工程应用价值。　　关键词：多频天线印刷单极手机天线LTE　　中图分类号：TN822文献标识码：A文章编号：1007-9

2、416（2015）01-0000-00　　随着应用的需求，手机产品设计日渐小型化，保证天线各项性能指标的同时减小天线尺寸已经成为研究的热点。　　现今的手机天线的主要有：　　（1）单天线多频段。单天线多频段技。术主要分为单极子多谐振点天线[1]，缝隙天线[2]，PIFA天线与缝隙天线[3]、寄生天线[4]的组合。　　（2）可重构天线。主要利用PIN二极管，射频开关和MEMS开关控制结构的电　　连接[5]。　　（3）MIMO天线。在多频段的情况下，人们对无线通信系统的要求越来越高，如高的传输速率，低误码率等，这就需要研究多输

3、入多输出（MIMO）天线[6]。　　在综合以上研究的基础上，本文通过在倒三角形单极天线底部添加半圈矩形螺支节的结构，以达到小型化和多频化的目的。　　1天线结构设计　　本文运用倒三角形单极子作为辐射贴片主体，并在其底部添加折叠的矩形螺旋支节，使其产生多条谐振电流。由此设计出了一款六频段单极手机天线，能满足手机终端设备的多频应用需求。天线结构如图1所示。　　天线单元由倒三角形的单极贴片和底部添加的半圈矩形螺旋支节构成，接地板选为：50mm120mm1mm，采用相对介电常数=4.4，损耗角正切tanδ为0.02的FR4基板。　

4、　图1天线结构示意图　　Fig.1Structurediagram　　2天线仿真与测试结果　　通过调整辐射贴片参数，如改变矩形螺旋支节的长度、宽度，三角形贴片的角度以及它与螺旋支节的距离，得到的天线参数优化以后的数值如表1所示。　　表1天线参数值　　Table1Thevalueofparameters　　天线参数尺寸（mm）天线参数尺寸（mm）　　a36f31　　b15.5g14　　c14.5h1　　d12.5i10　　e9.5j14.2　　通常来讲，-6dB（VSWR=3）反射系数可以作为测试手机天线反射系数性能好坏的

5、一个临界值。天线的仿真阻抗带宽如图4所示。　　图3S11仿真示意图　　Fig.3S11simulationdiagram　　图4VSWR仿真结果　　Fig.4VSWR　　由图3的回波损耗可以看到，天线有四个谐振频点，分别位于0.937GHz、1.756GHz、2.163GHz、2.63GHz。在高频处，由于谐振频点比较靠近，形成了频段的跨接，从而覆盖了比较宽的频带范围。从图4仿真结果得到，天线电压驻波比在3以下的频率范围为0.858-1.009GHz、1.575-2.8GHz，完全覆盖了GSM900MHz（880-960

6、MHz）、DCS1800MHz（1710-1880MHz）、PCS1900MHz（1850-1900MHz）、UMTS2100MHz（1920-2170MHz）、LTE2300MHz（2300-2400MHz）、、LTE2500MHz（2500-2690MHz）频段。　　（a）930MHz　　（b）1750MHz　　（c）2160MHz　　（d）2630MHz　　图5辐射方向图　　Fig.5Theradiationpattern　　图5为所设计的单极天线在各个频点处实测的E面（虚线）和H面（实线）辐射方向图。天线在低频0

7、.93GHz处，于H面呈现水平全向辐射，在E面呈类似“8”字双向辐射。在1.75GHz以上谐振点，方向图出现了一些畸变。因为在高频段，地板效应对天线的影响更大，同时贴片表面电流变化相比低频更快；另外天线结构不规则及不对称，从而造成交叉极化，或者出现高次模谐振等，所以方向图表现出稍差结果。虽然天线工作频带覆盖宽，但是从辐射方向图可以看出各个频段之间的辐射特性没有太大的波动，总体上保持稳定。天线在所用的工作频带内，总体上都保持了良好的全向辐射特性，能满足无线通信的需求。　　3结语　　本文通过在倒三角形单极子天线底部添加矩形半

8、螺旋支节，设计并制作了一款可满足手机同时工作于2G、3G和4G通信的六频段单极子手机天线。天线结构简单，易于制作。仿真和实测阻抗特性几乎吻合一致，在相应工作点辐射方向图有良好的全向性，工作性能良好，且各段增益在手机的工作频段内都达到了应用需求，因而具有一定的实用价值。仿真结果表明，所设计的天线在GSM900/DCS1