适用于蓝牙折叠PIFA天线的设计与分析

蓝牙是一种支持设备短距离通信(一般是10 m之内)的无线电技术，能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑等众多设备之间进行无线信息交换，工作频段是工业、科研、医疗(2.4～2.483 GHz)全球通信自由频段，目前已经广泛应用在移动通信设备中。天线是蓝牙无线系统中用来传送电磁波的重要器件，目前尚无法整合到半导体芯片中。在蓝牙产品中，蓝牙天线的尺寸和性能决定了整个蓝牙模块的尺寸和性能。随着移动通信的发展，个人移动设备趋于小型化和轻薄化，为了适应这一发展，蓝牙天线的尺寸有了严格的要求。单极子天线尺寸过大，不适应于移动通信设备中。传统的PIFA天线虽然将尺寸减小了一半，但相对快速小型化的移动通信产品而言还是尺寸过大。本文根据传统印制倒F型天线的工作原理，设计了一种折叠PIFA天线，尺寸只有16 mm×4.5 mm，设计简单、制造成本低、工作效率高，适用于蓝牙系统。

　　1 传统印制倒F型天线的分析

　　印制倒F型天线是上世纪末发展起来的一种天线，目前其理论分析都趋于成熟，其应用范围也日趋广泛。他具有结构简单、重量轻、可共形、制造成本低、辐射效率高、容易实现多频段工作等独特优点，因此近几年印制倒F型天线得到了广泛的研究和发展。

　　印制倒F型天线的结构如图1所示，由长为L的终端开路传输线与长为S的终端短路传输线并联而成，当传输线导体线宽d《H，传输线的特性阻抗Z0可以表示为：

　　由长线理论可知终端短路和终端开路传输线的输入电抗分别为：

　　当忽略损耗时，天线的输入电阻即等于其辐射电阻，由文献给出的倒F型天线的辐射电阻可得天线电阻为：

　　当天线水平部分的长度L=λ/4时，由式可知，天线的输入电抗为0，天线处于谐振状态，即：

　　此时天线的输入电阻RPIFA为纯电阻，与间距S无关，只与天线高度H有关，并随天线高度H的增加而增加。

　　作为天线的谐振部分，天线水平部分长度L对天线输入阻抗的影响最为直接，当其增加时，天线的输入电阻减小，天线呈感性，反之亦然。通过调整L，可使天线的输入阻抗呈纯阻性，然后再调节天线高度H以使天线的输入电阻接近50 Ω，即不需任何额外的电路即可完成阻抗匹配。