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RE:cst高频仿真教程
PIFA天线的设计及带宽的比较
来源：电子产品世界 作者：大连海事大学 信息工程学院 李芳 时间：2007-03-02 发布人:
基于小型化手机天线对带宽的要求，分别设计了工作在GSM和DCS频段的两组单频的PIFA天线。
现代无线通信的飞速发展对无线通信设备的设计提出了越来越高的要求，手机的小型化成为一个趋势。手机内置天线具有不易损坏，对人体辐射小等优点成为当今手机天线设计的首选。平面倒F天线(PIFA)具有尺寸小，重量轻且后向辐射小等优点而成为目前内置天线的主要形式。不断缩小的空间对天线性能提高提出了一个巨大挑战，尤其对带宽的要求仍然很高，目前PIFA提高带宽的方法有很多，诸如增加寄生贴片，开矩形凹槽，改变馈点的结构，加多层贴片或多个支路等[1]-[4]，其中改变馈点结构是最直接有效的方法，但是此种方法在实际设计中不易实现。本文设计并比较了两组PIFA单频天线，分别工作在GSM和DCS频段(880-960MHz和1710-1880MHz)，对比两种走线方式的变化对带宽产生的影响。实验结论表明此种增加带宽的方法更具实用价值。
图 天线模拟板整体结构图
天线设计
该PIFA天线的两组平面俯视图如图1所示，其中(a)和(b)工作在880-960MHz频段，(c)和(d)工作在1710-1880MHz频段。设计时用一个L×W×H为90mm×40mm×1mm的FR4板模拟手机的主板，天线的尺寸为W×L×H为40mm×17mm×7mm，模拟板整体结构如图2所示，靠近板子边缘的是短路点，另一个是馈点，调试中用50欧姆同轴线馈电。调整天线的线长，根据天线从馈点到终端的线长一般符合，在矢量网络分析仪上观察驻波分别调整到中心频率为900MHz和1800MHz。从图1中看出天线的形式及走线方式是相似的，并且天线的始端和末端的线宽相差较大，以便于更有针对的比较。图1(a)和(c)走线方式是先窄后宽，(b)和(d)是先宽后窄。并且在HFSS上也进行了仿真。
试验结果与讨论
实物模型的测量和仿真结果如图3所示，仿真结果和实测结果比较一致，都是先粗后细的天线带宽比先细后粗的带宽要宽些。在矢量网络分析仪上观察S11参数，可以得到两组天线的各自带宽(按S11=-7计算)，如表1所示，百分比表示带宽与中心频率的比值。在GSM和DCS频段天线走线由粗到细的带宽都比由细到粗的带宽要宽些。由粗到细的天线在自由空间的辐射方向性图的测量结果如图4所示，测的天线增益是：915MHz时0.5dBi，1805MHz时1.7dBi，以上结果表明，该天线适合用于移动通信终端[5]。
结语
本文设计并比较了两组单频的PIFA天线，分别工作在900MHz和1800MHz频段，对实物模型进行了测试，得到的S11参数和仿真的结果比较吻合,并且测试了辐射方向性图和增益。实验结果表明，PIFA天线的走线从馈点出来粗一些，到终端细些，相应的带宽会比先细后粗的宽些。实际应用中发现在任何频段这种方法都可以增加带宽。这种方法也适用于工作在其它频段的移动通信终端PIFA天线的设计，尤其适合于手机天线的设计应用。
参考文献：
1. Kin-Lu Wong. Planar Antennas for Wireless Communications. A JOHN WILEY&SONS.INC..PUBLICATION 2003:p27-39.
2. Zhan Li,Yahya Rahmat-samii and Teemu Kaiponen.Bandwidth Study of A Dual
Band PIFA on A Fixed Substrate for Wireless.IEEE,2003.
3. Won-I1 Kwak,Seong-Ook Park,Member,IEEE,and Jong-Sung Kim.A Folded Planar Inverted-F Antenna for GSM/DCS/Bluetooth Triple-Band Application.IEEE ANTENNA AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS,VOL.5,2006.
4. W.-C. Liu and C.-F. Hsu. Dual-band CPW-fed Y-shaped monopole antenna for PCS/WLAN application. ELECTRONICS LETTERS, 31st March 2005, Vol.41, No.7.
5. 戚冬生、黎滨洪、刘海涛.新型可用于移动手持设备的小型三频天线.上海交通大学学报，Dec.2004,vol 38,No.12. |
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