宽带方向图可重构手机内置天线的研究

宽带方向图可重构手机内置天线的研究

内容简介：随着现代通信技术的发展,作为移动通信终端的手机,正经历着第三代(3rd-generation,3G),朝向第四代(Long Term Evolution,LTE)发展。为了与原有2G/3G系统兼容,未来的4G-LTE系统至少覆盖八个频带。由于普通天线难以满足要求,所以,宽频带天线获得了广泛的发展。目前,超宽带天线实现技术主要有两种：多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术和可重构技术。
　　为了实现通信系统的多功能化、高速率化和大容量化,MIMO技术成为了未来通信系统的核心技术之一。但 MIMO 系统需要有多根天线,不但增大了设备的结构尺寸,而且会大大增加了天线对人体的电磁辐射和系统电磁兼容( Electro Magnetic Compatibility,EMC)设计的复杂度,系统的开发成本也随之上升。可重构天线因其结构尺寸小、重量轻、电气性能好、工作频段宽、电磁辐射低等优势而越来越受到国内外移动终端生产厂商的关注。本论文以方向图可重构手机天线为核心研究内容,主要研究工作和创新点可归纳为以下几点：
　　1. 目前,市面上的绝大部分手机天线都为内置单极子天线或外置天线,针对其对人体电磁辐射大的问题,本文基于微带八木天线、可重构天线和手机天线相关理论,设计了一款4频层叠式方向图可重构微带八木手机天线,数值结果表明,在 2VSWR? 条件下,该可重构天线工作频段覆盖DCS、PCS、UMTS和ISM频段,天线方向图具有全向和双定向辐射特性。与内置单极子天线或者外置天线相比,由于该天线方向图能够根据通话状态进行重构,使天线方向图的后瓣朝向人体,因此该方向图可重构手机天线能有效的减小对人体的电磁辐射,实现“绿色通信”。
　　2. 针对手机多功能化和宽频化的发展趋势,基于MEMS开关加载技术,本文设计了一款宽频带层叠式方向图可重构手机天线,当 2VSWR? 时,该天线的工作频率为1.57GHz~2.5GHz,成功覆盖了GPS、DCS、PCS、UMTS、ISM和北斗等6个频段,实现了宽频带通信。
　　3. 目前国内外还没有关于层叠式方向图可重构手机天线的电参数特性研究的相关报道,结合天线理论和大量的仿真实验,详细分析和归纳了在不同的因素影响下方向图可重构手机天线电参数的变化规律并得到了一组优化公式。与传统八木天线设计的经验公式相比,采用该优化公式能有效减小天线的结构尺寸。
　　4. 利用该优化公式设计了一款覆盖了 X 波段的宽频带方向图可重构天线,该天线的结构尺寸小于传统的设计方法,具有全向和定向辐射特性,有效的验证的该方法的可行性,为宽频带方向图可重构天线的设计提供了参考。

作者：张永春,

关键词：手机天线, 可重构天线, 低辐射天线, 宽频天线, 微带八木天线,