馬曉洋，項鐵銘

(杭州電子科技大學天線與微波技術研究所，浙江杭州310018)

0 引言

近年來，便攜式無線終端設備以驚人的速度不斷發(fā)展。在給人們生活帶來便利的同時，也給天線設計帶來了諸多的挑戰(zhàn)。低剖面、緊湊型、多頻帶天線逐漸成為未來移動終端天線的發(fā)展趨勢［1］。平面倒F型天線(Planar Inverted—F Antenna，PIFA)結構簡單緊湊，并且背向輻射小，因此多用作移動終端天線。但PIFA天線窄的頻帶特性也給天線設計者帶來諸多困擾［2］。添加匹配電路可以通過調整阻抗匹配來拓展PIFA天線的帶寬，但手機天線效率本來就不高的情況下，添加匹配電路又帶了額外的損耗［3］。本文設計了一種采用附加寄生單元的PIFA天線，通過寄生單元與主貼片之間的耦合，增強了天線的輻射特性。調整寄生單元的長度、寬帶和距離，天線可完全覆蓋GSM900、DCS1 800和PCS1 900頻段，且增益大于0dB。

1 分析與設計

1.1 含有寄生單元的PIFA天線的輻射原理

含有寄生單元的PIFA型天線可以分為饋電激勵單元和耦合寄生單元兩部分。受激單元被饋電后向空間輻射電磁波，使寄生單元中產生感應電流從而產生輻射，寄生單元相對于受激單元的電流幅度及相位關系依賴于該寄生單元的調諧。

假設單元1為寄生單元，單元2為受激單元，則單元間的電路關系如下:

由式3可以看出，寄生單元上感應電流的幅度和相位取決于寄生單元本身的自阻抗和它與受激單

式中元之間的互阻抗。所以調節(jié)寄生單元的尺寸及與受激單元之間的距離可以改變互阻抗，從而改變天線的輸入阻抗，達到擴展天線帶寬的目的［4］。

1.2 天線的設計

天線的俯視圖和側面圖如圖1、2所示。圖1右側貼片為傳統的G形雙頻PIFA天線即饋電激勵單元，左側為L形附加寄生貼片即耦合寄生單元。圖2中，天線采用雙層介質結構分別為高度0.8mm的FR4層和高度6.2mm的空氣層，并用50Ω的微帶線饋電。

圖1 天線的俯視圖

天線整體尺寸為60mm×8mm×7mm，近似計算公式如下:

圖2 天線的側面圖

式中，W為天線寬度，L為天線長度，對于低頻段L=l1+l2+l4，對于高頻段L=l3。

2 仿真結果的分析與討論

經過電磁仿真軟件HFSS的仿真優(yōu)化，天線的尺寸為l1=8mm，l2=39mm，l3=19mm，l4=30mm，l5=19mm，d=1.25mm，w=2mm。有無附加寄生單元的天線回波損耗如圖3所示，實線為無附加寄生單元的PIFA天線的回波損耗曲線，虛線為添加附加寄生單元的PIFA天線的回波損耗曲線。通過添加附加寄生貼片，天線的低頻段帶寬變化不大，高頻段帶寬顯著提高。并且高頻段包含兩個諧振點，左邊諧振點為主天線產生的諧振，右邊諧振點為寄生單元產生的諧振，通過主單元和寄生單元輻射疊加達到拓展天線帶寬的目的。天線的回波損耗小于－6dB的頻帶分別為870 968MHz，1 710 2 030MHz，完全覆蓋了GSM900，DCS1 800和PCS1 900頻帶，滿足三頻段手機天線的帶寬要求。

天線在900MHz，1 800MHz和1 900MHz的輻射方向圖，分別如圖4 6所示，天線在900MHz增益達到1.25dB，在1 800MHz和1 900MHz增益分別為2.0dB和2.1dB，且具有較好的方向性。

圖3 有無附加寄生單元的天線回波損耗

圖4 頻率為900MHz的方向圖

圖5 頻率為1 800MHz的方向圖

圖6 頻率為1 900MHz的方向圖

3 結束語

本文設計了一種采用L型附加寄生單元的三頻PIFA天線。通過調整寄生單元的長度、寬度以及與主貼片的距離，改善了附加寄生單元與G型主貼片的耦合特性，增強了天線的高頻段帶寬。通過仿真比較，天線完全覆蓋了GSM900、DCS1 800和PCS1 900頻帶，在寬頻帶無線通信系統中有較好的應用前景。

［1］Liu W C，Ghavami，Chung W C.Triple-frequency meandered monopole antenna with shorted parasitic strips for wireless application［J］.Institution of Engineering and Technology Microwave Antennas Propagation，2009，3(7):1 110 －1 117.

［2］Lee Jeong-ho，Yook Jong-gwan.Improvement of Radiation Performance of Mobile Phone Antenna Using Parasitic Element［J］.IEEE Transactions on Consumer Electronics，2010，56(4):2 411 －2 415.

［3］Zhang Zhijun.Antenna design for mobile devices［M］.Singapore:John Wiley＆ Sons(Asia)Pte Ltd，2011:20－57.

［4］姜鐵華，蘇東林，丁軻佳，等.含有寄生單元的倒F天線分析與設計［J］.微波學報，2008，24(1):35－39.