多频段手机天线的设计与测量

发布时间：2017-08-28 01:22

  本文关键词：多频段手机天线的设计与测量

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【摘要】：在我国通信产业持续升级和完善的助推下,手机移动通信已经迈入了4G时代。随着4G通信的推广与普及,手机被赋予了更多的功能以适应新时期的要求。作为手机的重要前端部件,手机天线需要不断拓展带宽来覆盖更多的频段。单一频段的天线已经不能满足现代手机天线的要求,因此对多频段手机天线的研究具有十分重要的现实意义。与此同时,小型化一直是手机天线设计中不断追求的目标,因为一般情况下预留给手机天线的物理尺寸都十分有限,有时甚至不规则。而且针对多频化的研究也是手机天线领域的一个重要课题。总的来说目前针对手机天线的研究主要集中在小型化,多频化和宽带化三个方面。本文主要关注手机天线的多频段覆盖,同时也兼顾了天线的小型化设计,使其更符合现代手机天线的设计要求。在文章的开头部分对手机天线设计的相关理论作了简要的归纳总结,主要包括常见的外置与内置手机天线,匹配电路设计以及手机天线的小型化,多频化和宽带化。然后有针对性的选择了两种目前常用的内置天线:平面倒F天线(PIFA)和单极子天线进行手机天线的多频段仿真设计,这两种天线形式都能够看成是一种微带天线。借助仿真软件HFSS在有限空间内设计的两款多频段PIFA天线分别工作在GSM850/GSM900/PCS/WLAN频段和GSM900/PCS/LTE2300频段。设计的两款单极子天线工作在GSM900/DCS/PCS/UMTS/WLAN/LTE2300/LTE2500频段。本文中所设计的天线结构简单,其反射系数在需要覆盖的频段内都小于-6dB,各频段内的最大增益都大于0dB,方向图基本满足全向性,并且天线尺寸都较小,基本达到了设计要求,具有较好的应用价值。除此之外本文还系统概括了手机天线测量的基本理论,主要包括无源测量和有源测量,给出了无源测量和有源测量系统的一般组成结构,并对手机天线的有源指标做了详细阐述。除了常见的手机天线的有源指标(EIRP,ERP,TRP和EIS,TIS),从关注用户健康的角度出发,SAR(Specific Absorption Rate)指标如今也受到越来越多的重视,而且HAC(Hearing Aid Compatibility)指标也是一项与用户日常使用相关的技术指标,因此本文也对这两种指标作了介绍。最后对本文的主要内容进行了概括,针对文中出现的一些不足之处进行了分析,提出了各自的优化方向。
【关键词】：手机天线 PIFA天线 单极子天线 多频段 手机天线测量
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.53;TN828.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-18
• 1.1 研究背景与意义16
• 1.2 发展历史与现状16-17
• 1.3 本文的主要工作和内容安排17-18
• 第二章 手机天线设计的基础理论18-46
• 2.1 手机天线的性能指标18-19
• 2.1.1 反射系数18
• 2.1.2 电压驻波比18-19
• 2.1.3 带宽19
• 2.1.4 效率19
• 2.1.5 增益19
• 2.2 手机天线的工作频段19
• 2.3 手机天线的匹配19-23
• 2.3.1 史密斯圆图20-22
• 2.3.2 单频带匹配22-23
• 2.3.3 双频带匹配23
• 2.3.4 可重构匹配23
• 2.4 外置天线23-30
• 2.4.1 粗短天线24-28
• 2.4.2 鞭状-粗短天线28-29
• 2.4.3 折线粗短天线29-30
• 2.5 内置天线30-37
• 2.5.1 倒F天线（IFA）30-32
• 2.5.2 平面倒F天线（PIFA）32-34
• 2.5.3 折叠单极子（folded monopole）天线34-35
• 2.5.4 环（loop）天线35-37
• 2.5.5 陶瓷（ceramic）天线37
• 2.6 手机天线小型化、多频化、宽带化技术37-45
• 2.6.1 微带天线的小型化37-39
• 2.6.2 微带天线的小型化和宽带化39-40
• 2.6.3 微带天线的小型化和多频化40-44
• 2.6.4 微带天线的宽带化44-45
• 2.7 本章小结45-46
• 第三章 多频段手机天线设计46-72
• 3.1 概述46
• 3.2 GSM850/GSM900/PCS/WLAN频段PIFA天线的设计46-52
• 3.2.1 天线结构46-47
• 3.2.2 天线的多频段设计47-48
• 3.2.3 结果分析48-52
• 3.3 GSM900/PCS/LTE2300频段PIFA天线的设计52-58
• 3.3.1 天线结构52-54
• 3.3.2 天线的多频段设计54-55
• 3.3.3 结果分析55-58
• 3.4 GSM900/DCS/PCS/UMTS/WLAN/LTE2300/2500频段单极天线的设计58-64
• 3.4.1 天线结构58-60
• 3.4.2 单极天线的多频段设计60
• 3.4.3 结果分析60-64
• 3.5 GSM900/DCS/PCS/UMTS/WLAN/LTE2300/2500频段单极天线的设计64-70
• 3.5.1 天线结构64-66
• 3.5.2 单极天线的多频段设计66
• 3.5.3 结果分析66-70
• 3.6 本章小结70-72
• 第四章 手机天线测量72-82
• 4.1 无源天线测量72-75
• 4.1.1 基于矢量网络分析仪的测量72-73
• 4.1.2 无源室内测量73-75
• 4.2 有源天线测量75-79
• 4.2.1 EIRP, ERP, 和TRP75-77
• 4.2.2 EIS和TIS77-78
• 4.2.3 干扰引起的灵敏度下降78-79
• 4.3 SAR79-80
• 4.3.1 SAR的定义和测量方法79-80
• 4.3.2 控制SAR80
• 4.4 助听器兼容性（HAC）80-81
• 4.5 本章小结81-82
• 第五章 结束语82-84
• 参考文献84-86
• 致谢86-88
• 作者简介88-89

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