手机双频天线设计课程设计

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1、通信工程专业实训题目：手机内置天线的设计目录摘要：关键字：第一章：背景介绍第二章：实训过程记录第三章：实训结论第四章：实训总结第五章：参考文献摘要：现在的电子通讯技术飞速发展，随着技术可经济的推进，人们对手机的要求越来越高，然而手机的基本功能就是打电话，而对手机的内置天线要求就更高难度更大，小型化，并且能工作在不同的频段下，文中主要研究双频手机PIFA天线。采用了开槽的的设计方法实现了天线的双频，工作性能良好，易于实现，现在大多数手机都使用这种天线。关键字：PIFA天线，双频，GSM,DCS,HFSS第一章：背景介绍1.1移动通信对手机天线的要求天线最主要的功能在于转换两种不同传播介质中的电磁

2、波能量。在能量转换的过程中，会出现收发信机与天线及天线与传播介质之间的不连续接口。在无线通讯系统中，天线必须依照这两个接口的特性来做适当的设计，以使得收发信机、天线以及传播介质之间形成一个连续的能量传输路径。移动通信手机对天线的要求：外在要求：天线尺寸小，重量轻，剖面低，携带方便，机械强度好电性能要求：水平面要求有全向辐射方向图，频带宽，效率高，增益高，受周围环境影响小，对人体辐射伤害小1.2手机天线的指标意义天线输入阻抗：天线的输入阻抗是以收发机与天线间的接口往天线端看入所得到的阻抗值。这一数值对天线的辐射效率，天线的带内增益波动，天线前端的功率容量有很大的影响。手机天线是一种驻波天线，，天

3、线的阻抗不匹配，将导致大量的信号反射，使天线的辐射效率降低，同时由于反射的影响使得天线在宽频带内的增益有抖动，如果天线的驻波为6，手机前端的击穿电压将降为原来的1/6，而功率容量就会下降。手机天线驻波对天线效率的影响不可不慎。天线的驻波要求，我们目前统一要求为小于3。工作频率与工作带宽天线的带宽是指满足天线全部指标的频带范围。工作频率是指天线带宽范围内的所有频率。工作带宽由多个指标来限定，因此需取其中带宽最窄的带宽，手机天线中，方向图带宽，极化带宽等因素所限定的带宽大于阻抗带宽，因此在手机天线中一般以满足所要求驻波的带宽范围作为天线的工作带宽。波束方向图天线波束方向图是用来描述由天线所辐射出的

4、能量与空间中任意位置的相互关系，藉由方向图可以得知由天线所辐射出来的电磁波在空间中每一个位置的相对强度或绝对强度。毫无疑问，手机天线的水平方向图要求是全向的，实际上手机天线的波束方向图并不重要，主要是在手机的使用过程中，此时手机天线的辐射特性与单天线的辐射特性是不相同的。手机天线的方向图只要求水平面近似为全向即可。方向性与天线增益天线的方向性与其波束方向图有关，所以方向性也是方位角的函数，其定义如下：D(θ,ψ)=【天线在(θ,ψ)方向上的辐射强度】/【全向性天线的辐射强度】在实际的应用上，由于必须考虑天线本身的辐射效率问题，故通常都以天线增益的大小来代替指向性，两者之间的关系为：G（θ,ψ）

5、=eD(θ,ψ)其中，天线的辐射效率高低与电磁波辐射过程中所损失的能量多少有关。天线在能量传送与接收的过程中所有可能会产生的能量损失包括：天线输入端阻抗不匹配造成的能量反射、天线本身的材质在高频下所产生的能量损耗以及在传播介质中所消耗的能量。手机天线的增益并不能代表手机使用时的效率问题：真正表示天线增益特性的指标应该是天线的平均有效增益，其与手机天线的的使用环境、使用方式、手机的结构、手机设计方式相关。1.3PIFA天线PIFA天线是对倒F线天线的扩展而得到的。此天线的发展须序是―顶加载――倒L天线－倒F天线－PIFA。由此发展过程即可知天线的特性与优点。其特点是频带宽，体积小，剖面低。下图是

6、PIFA的基本图示：图1PIFA的基本形式PIFA天线相当于大量IFA天线的并联，其阻抗相当于许多线型天线阻抗的并联，因此平面型天线比线型天线的输入阻抗要低一些，不但产生了宽带谐振特性，并且缩小了尺寸。为了使天线产生自谐振，避免用有耗电路,应尽量提高辐射电阻，减小损耗电阻，使天线系统保持一个足够高的效率。1.4PIFA多频段实现方式：为适应手机多频段工作，需要内置天线实现多频段工作。PIFA天线实现多频段工作，可以通过使用双馈点，或通过在PIFA天线上采用开槽的技术来实现。使用双馈点时调谐频率调谐范围往往受到一定的限制，因此实际手机中的多频段多采用开槽的方式实现多频工作。下图是常见的几种开槽方

7、式，实际中用的最多的是U型和L型。下面主要介绍L型槽：L型开槽的PIFA天线辐射单元如下图所示通过开槽，在高频和低频下,PIFA天线可以形成两个相对独立的电流回路，这就是开槽的PIFA天线实现双频工作的基本原理。在L型开槽下，较低工作频段的谐振频率大致可以表示为：F=C/4(L+W+H)上述公式只具有近似的指导意义，不具有严格的意义。比如手机实际设计的预留尺寸不能根据上式不能严格计算出就是谐振在8