终端多频段天线的设计

论文摘要

天线,作为波导和自由空间之间耦合能量的器件,被认为是移动通信中,提升或者限制系统性能的关键部件。随着个人无线通讯应用的普及,以及Internet的快速发展和视频、图像等多媒体业务被引入个人移动通讯设备;同时,随着第三代无线通信技术的全球推广,越来越多的通信频带被人们所使用。这对电磁学及天线技术提出相应的技术问题:既要求天线小型化,共形化,又要天线实现更多的频带,更宽的带宽和更多的功能。本文提出了一种小尺寸,低剖面的,应用于手持式无线通讯终端中的天线,这种天线可以同时接收GSM,GPS以及UMTS等三个频段的通信信号。针对该天线应用的背景,提出了天线系统可能的结构:其中包括一个含有蜿蜒式分支结构的单极子天线和一个含有长直型折叠式分支结构的单极子天线,它们都能在41mm×9.5mm×6.5mm的体积内,同时覆盖GSM,GPS以及UMTS等三个频段。根据设计要求,不断减小天线尺寸,分别利用以上两种结构各自的优点,并采用加载,添加接地线将天线改为双PIFA结构等辅助方法改善天线性能,最终在40mm×6.5mm×3mm的体积内,天线实现了对GSM,GPS,UMTS三个频段的接收。同时,成功的通过添加匹配网络拓展了天线的带宽,尤其是在GSM频段,实现了100MHz的绝对带宽,相对带宽达到11%左右。另外,还加入了支撑塑料以维持天线结构的稳定性,并通过改变馈点位置来提高天线性能。测试结果显示天线在GSM,GPS,UMTS三个频带内的辐射效率都能接近-4dB水平。此外,根据天线在实际终端模型中测试时所遇到的问题,分析了地面对天线性能的影响,并设计了一种地面开槽的三频段天线,成功的解决了由于地面和天线距离过近导致天线性能下降的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 移动通信发展概况以及对终端天线提出的要求
• 1.2 移动终端天线的发展历史
• 1.3 论文工作内容
• 第2章 天线结构可行性分析
• 2.1 本章引论
• 2.2 PIFA 天线和PMA 天线的比较
• 2.3 一种具有蜿蜒分枝结构的三频单极子天线
• 2.4 一种长直型折叠式分枝结构的三频单极子天线
• 2.5 本章小结
• 第3章 尺寸缩小后的天线结构设计
• 3.1 本章引论
• 3.2 尺寸减小对天线性能的影响
• 3.3 UMTS 频段带宽改进
• 3.4 一些辅助结构对天线性能的影响
• 3.4.1 接地分枝对天线性能的影响
• 3.4.2 加载对天线性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 拓展天线带宽的方法研究
• 4.1 本章引论
• 4.2 通过添加匹配网络以拓展天线带宽
• 4.2.1 方法的原理介绍
• 4.2.2 匹配网络的仿真分析
• 4.2.3 实物测量结果
• 4.3 通过改变馈点位置以提高天线性能
• 4.3.1 方法的原理介绍
• 4.3.2 馈点位置改变后的天线结构设计
• 4.3.3 实际测量结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 天线分枝附近的接地面对天线性能的影响
• 5.1 本章引论
• 5.2 天线分枝下方的导体对天线性能的影响
• 5.2.1 问题的由来
• 5.2.2 模型简化及理论分析
• 5.3 天线接地面上移后的天线设计
• 5.3.1 接地面上移对天线性能的影响
• 5.3.2 地面开槽的天线结构设计
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 论文工作目的
• 6.2 论文工作成果
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果