接地平面对PIFA天线性能的影响.doc

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1、接地平面对PIFA天线性能的影响。摘要：PIFA天线在便携式设备中是很流行的，因为它的合适的尺寸和低成本。PIFA天线的设计是有一个接地平面的，并且这个接地平面是天线的核心部分。事实上，接地平面的尺寸是PIFA天线在许多应用中的限制因素。一些已经被报道的PIFA天线的工作性能都是安装在一个固定大小的盒子里的。但是，缺少的是对天线参数和天线在一个有限的接地平面上的几何位置的取向对天线功能的研究。这篇文章的结果是基于一个便携式PIFA天线在各种不同的大小和形状上复杂的研究综合而来的。固定天线改变它的几何方向的实验已经被分析过了。接地平面的几何影响在以下几方面，即地面平面几何的谐振频率，带宽，增

2、益，以及已经被介绍过的辐射模式。这个结果在设计一PIFA天线的应用并且需要一个小的接地平面时，是很有用的。具体来说，结果显示了PIFA天线的几何形状、接地平面的尺寸和它们的电磁学表现之间的关系。实验数据给出了数据模拟结果。1.介绍关于天线的接地平面尺寸的研究要追溯到19世纪60年代（1-6）。许多工作都集中在基于一个有限的圆形的接地平面的单级子天线的特性的研究。后来，一些其他类型的天线的接地平面的影响也开始被发现，包括微带天线（7-9）。现在的许多研究要求天线是安装在一个小的接地平面上的，比如说手持的通信设备。最流行的接地平面模型是所谓的完美天线，它假定这个平面是导体，平面并且是无限的。然

3、后一起，图像理论在分析时可以去除接地平面。真正的接地平面一般都是金属的，具有平面形状，和有限的。有限的平面使结果与完美平面不同。因此，在无限平面上的天线的接地平面在大多数应用中都是不够准确的。总的来说，当接地平面不足够大到与辐射尺寸相符时，电磁现象往往会与有限的接地平面的结果不同。PIFA天线在小型交流终端中很流行，比如说手持对讲机，是因为它可以覆盖广泛的无限通信频带和它的低成本。PIFA天线要求一个接地平面，与此同时，这个接地平面必须足够小到适用于手提终端。一些研究PIFA天线的工作是安装在一个固定大小的盒子里的(11)。但是，PIFA天线的参数研究，关于接地平面的大小，或者在有限平面上

4、天线的位置和方向的研究并没有被报道过。这篇文章讨论的结果是经过一系列复杂的调查研究的，将PIFA天线安装在一个常规平面上，并且取各种大小和形状。接地平面的几何影响在以下几方面，即地面平面几何的谐振频率，带宽，增益，以及已经被介绍过的辐射模式。得到的数据在设计一个要求小接地平面的PIFA天线的应用中是很有用的。特别的，实验数据给出了数据模拟结果。2.接地平面对传统PIFA天线性能的影响本文的结果来自广泛的调查研究，利用数值模拟一个有限接地平面对PIFA天线性能的影响。并且，测量结果证实了计算结果。图1中的PIFA天线的构造是用于所有计算和测量的。模拟和测量PIFA天线由一个20mmx20mm

5、的金属板导体，在这个经书办导体上有一个5mmx10mm的圆形小孔组成的。选择这些维度给PCS频段给出了一个共振频率，就是在一个无线的接地平面上频率为1875MHZ。在1875MHZ频段上，PIFA的维度波长是G=0.125λ，H=0.065λ，S=0.03125λ。当然，结果可以扩展到其他频段上。PIFA是安装在一个正方形的中心地面上的，并且它的长度是可变的。下面的接地平面的尺寸L是用来测量天线的特点的，20,40,60,80,100,120,140mm。PIFA是一个探针馈电，并且探针的位置是在X轴上的，px是确定的，这样输入的电阻就是50Ω，看图一。实验模型构造了一个0.381毫米厚的

6、黄铜探针，探针形成的SMA链接器，探针的半径为0.635毫米。性能参数共振频率，电阻抗频带宽度有少于两个的VSWR（电压驻波比），探针位置，并且决定使用来自西兰岛的商业矩量法（动差法）软件包IE3D。图片2和3代表的是一个有PCS频带的底板长度L=80mm的PIFA的阻抗特性。例如，下面实验的仿真共振频率是2.62%，如图3.数值和实验值有极好的共同性。使矩量法的准确性有了保证。数值和实验值在图4和5上，图6显示的是共振频率。以前的工作[1–6]表明关于无限地平面天线的阻抗振荡的值随着地平面尺寸的增加而增加，最终趋于完美地平面的阻抗。天线的自谐振频率和阻抗带宽的阻抗的关系，他们有同样的行为

7、；这在图4和图5中表明，图4表明的重要结论，天线的接地平面尺寸对谐振频率的影响不显著直到在接地平面低于约0.2λ。然而，图5表明地面平面尺寸对带宽的影响。流行的无线频段需要约8%的带宽和带宽是由一方形平面L=0.8λ地平面的实现；见图5。这在接地平面的大小可以限制在PIFA的设计因素。天线的辐射模式安装在每个接地平面的中心计算共振检查的辐射特性。模式也使用弗吉尼亚理工大学室内电波暗室进行了测量，将PIFA天线安装在一个方