新型手机天线的研究及设计

论文摘要

在通信行业中手机市场面临着最激烈的竞争,而手机天线设计则是产品设计中最重要的一环,这就要求企业具备快速设计天线并考察整机性能的能力。并且随着公众健康意识的不断提高,在天线设计时必须考察微波能量对人体的影响,主要体现在指标SAR上;另一方面也要考虑天线的性能尽可能少的受人体影响。手机本身则被赋予越来越多的功能,并且追求更高的数据率,这些都要求天线需设计出更大的带宽以覆盖所有常用频段。同时手机外观的设计不断融入时尚和美感的元素,使天线的尺寸不断被缩减,进一步增加了手机天线的设计难度。针对手机天线的各种设计需求,本文进行了如下研究:1.建立了天线及在整机环境下的等效电路,并讨论了各种影响天线辐射效率、频带宽度等指标的因素。利用SEMCAD仿真了实际的手机天线模型,并对实测与仿真在效率上的差异进行了分析。2.研究了各类型天线在人体平面模型下的SAR值和阻抗特性,初步分析了其中的规律。提出了一种地板可选频的PIFA用以解决单极子天线的SAR值问题。验证了天线带宽与降低人体影响之间的关系,并找出了改善人体模型下辐射效率的重要因素。3.分析了各种去谐振式宽带天线的小型化方法,在此基础上融合了扩展带宽的参差调谐法和减小天线尺寸的耦合短路结构,仿真设计出一副超带宽手机天线,能够覆盖740~2740MHz。4.加工及优化调试了超宽带手机天线方案,并得到了优于仿真的带宽特性,可覆盖700~2900MHz。同时通过普通单极子天线、加长地板和加入头手模的实验,验证了该天线方案的优越性和可靠性。最后将天线方案置入实际手机内,测得的无源和有源性能均达到设计指标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究发展动态及主要内容
• 1.2.1 天线的小型化
• 1.2.2 手机天线的仿真
• 1.2.3 减小天线与人体之间的影响
• 1.2.4 天线的宽带化
• 1.3 本文的主要研究内容和论文结构
• 第二章 手机天线的基本特性及仿真
• 2.1 手机天线的分类
• 2.1.1 平面倒F 天线（PIFA）
• 2.1.2 单极子天线
• 2.2 手机天线的性能指标
• 2.2.1 频带宽度
• 2.2.2 辐射效率
• 2.2.3 辐射方向图及极化特性
• 2.3 手机天线的等效电路分析
• 2.3.1 自由空间中的天线
• 2.3.2 整机环境下的天线
• 2.4 手机天线的仿真
• 2.4.1 仿真平台的介绍
• 2.4.2 仿真的设置
• 2.4.3 仿真的结果及其分析
• 第三章 手机天线与人体的相互影响
• 3.1 比吸收率（SAR）
• 3.2 天线的SAR 值研究
• 3.2.1 各类型偶极子天线的SAR 值研究
• 3.2.1.1 各类型偶极子天线的测量
• 3.2.1.2 各类型偶极子天线的仿真分析
• 3.2.2 两种手机天线的SAR 值研究
• 3.2.2.1 折叠宽带天线和手机单极子天线的测量
• 3.2.2.2 折叠宽带天线和手机单极子天线的仿真
• 3.2.3 选频地板的PIFA 设计
• 3.2.3.1 地板开槽的PIFA 及选频器的设计
• 3.2.3.2 地板选频PIFA 的仿真
• 3.3 人体对手机天线效率的影响
• 3.3.1 各种天线在人体模型下的效率仿真
• 3.3.2 人体模型下改善辐射效率的方法
• 第四章 超宽带手机天线设计
• 4.1 去谐振式宽带天线的小型化
• 4.1.1 平面折叠天线
• 4.1.2 平面卷绕天线
• 4.1.3 开槽的超宽带天线
• 4.1.4 平面边缘曲线化
• 4.1.4.1 正方形贴片的边缘曲线化
• 4.1.4.2 边缘曲线化的折叠天线
• 4.1.4.3 分形天线
• 4.1.5 边缘切角的平面折叠天线
• 4.1.6 折叠单极子终端加载有耗介质面
• 4.2 扩展带宽的参差调谐法
• 4.3 减小尺寸的耦合短路结构
• 4.4 超宽带手机天线的综合设计
• 4.4.1 引入耦合短路结构的宽带天线
• 4.4.2 超宽带手机天线的最终方案
• 第五章 超宽带手机天线的加工和测量
• 5.1 手机天线的测量
• 5.1.1 S 参数的测量
• 5.1.2 微波暗室
• 5.1.3 远场方向图的测量
• 5.1.4 无源效率的测量
• 5.1.5 馈电电缆对无源指标的影响
• 5.1.6 辐射总功率（TRP）的测量
• 5.1.7 人头和人手模型
• 5.2 无源调试测量
• 5.2.1 超宽带天线光板测量
• 5.2.2 传统单极子天线光板测量
• 5.2.3 地板加长15mm 的超宽带天线光板测量
• 5.2.4 超宽带天线整机无源测量
• 5.2.5 无源调试测量结论
• 5.3 有源调试测量
• 5.3.1 超宽带手机天线整机TRP 测量
• 5.3.2 TRP 测量的结果分析
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果