手机内置环形PIFA天线的设计

手机内置环形ＰＩＦＡ天线的设计

作者：官宗琪

来源：《现代电子技术》2008年第04期

摘要：提出一种GSM／DCS环形PIFA双频段内置天线。这种天线是为了解决没有足够带宽，天线性能达不到要求的问题百提出的。重点叙述环形PIFA天线的设计方案，通过在馈线和接地线之间开槽，形成一个环形，增加天线的带宽来解决上述问题。给出该方案下测试出的天线的性能指标VSWR、辐射模式、发射功率和接收电平等，整个天线的性能在该方案下都达到标准。

关键词：PIFA内置天线；带宽；VSWR

中图分类号：TN820

文献标识码：B

文章编号：1004—373X(2008)04—192—03

1 引言

近几年随着移动通信终端手机技术的发展，一般要求终端尺寸小、重量轻、低剖面，天线具有全向辐射方向图。此外，天线还必须具有环境传播特性，并且要牢固可靠，经得起运动时机械撞击和环境的影响，目前市场上的手机呈现出一种使用内置天线的趋势。内置PIFA(平面倒F天线)天线有许多优点，比如能给设计者在手机设计方面有更多的自由空间，减小天线坏掉的可能性，SAR值比较小。

同时，内置PIFA天线也面临着一个主要的问题，天线的体积问题。天线要工作在一个特定的频率，肯定要占用一定的体积。也就是说，手机需要一定的空间让给内置PIFA天线，通常手机的尺寸是有限的，所以要做好一个内置PIFA天线，不仅要从性能方面考虑，而且对天线的体积也有要求。

随着手机的复杂度越来越高，体积越来越小，给予设计天线的尺寸也越来越小，这些限制势必影响到天线的带宽和性能。

针对以上问题，文中提出一种在馈线和接地线之间开槽形成环形的方法，并用此方法开发一种紧凑的PIFA天线。这种天线在相同的天线尺寸下，增加了天线的带宽，同时天线的性能也达到设计的要求，解决了上述问题。

2天线的开发

天线的形状如图1所示。这个天线由馈线和接地线，表面金属片、前向金属片、侧面金属片和塑料架子组成，可以看出这个天线的最大不同在于馈线和接地线之间有一个环形。表面、前向和侧面部分作为辐射体工作，来补偿确定频率的电长度。

天线的尺寸大小为35 mm(L)×20 mm(w)×6.5mm(H)，工作在GSM频段和DCS频段。通常情况下，一个半波偶极子或者单极子天线需要半波长或者1／4波长，然而在这个天线的设计过程中第一个面临的问题就是天线的体积，天线正下面有一个喇叭，由于这个喇叭的存在无形之中减小了天线的体积，GSM和DCS的带宽明显减小，喇叭与天线会产生耦合，这样更影响天线的整体性能。

为了解决这个问题，设计中采取如下方法：第一，辐射金属片避开喇叭的磁芯投影，这样可以减少喇叭与天线的耦合如图1所示；第二，尽量的利用面积，在设计的过程中，充分利用了旁边和侧面，发射片的边缘接近接地片的边缘，甚至发射片超出接地片的边缘，这样增加了辐射能力和辐射片的面积，如图2、图3所示。

GSM／DCS手机天线的测试标准如表1所示，手机天线的设计要求是要满足表1中的标准。为了检验采用上述方法设计的天线是否符合要求，进行实际测试，测试在2D暗室里进行，模拟基站的发射功率等级(PCL)为最高等级，测试的结果如表2所示。

从测试结果可以看出，仅采用上述2种方法的天线没有达到GSM／DCS手机天线的标准，发射功率偏低，接收电平偏差。

为了解决发射功率偏低，接收电平偏差的问题，需要增加天线的带宽，使手机的发射功率和接收电平达到要求。设计方案是在馈线和接地线之间开槽，形成一个环形，增加辐射片之间的耦合，开槽后的天线见图1。

利用网络分析仪测试天线的VSWR指标，未开槽的天线与开槽后的天线，两者的VSWR 性能如图4，图5所示。

经比较2幅图形，可以明显地看出，天线的带宽增加了，而且VSWR得到了明显的改善，不论在GSM波段还是在DCS波段天线的VSWR＜2.00:1。针对这样的VSWR，在微波暗室里测试的结果如表3所示，这样的测试结果完全符合天线的标准。

测试的方向性图如图6，图7所示。从测试结果看出，两个波段的方向基本上接近于全向，符合手机天线的辐射方向性要求。

3 结语

环形PIFA天线占据GSM和DCS波段，他的VSWR值＜2.00:1，整机测试结果非常理想，都通过了标准的要求，而且余量比较大。