平面倒F天线要点.docVIP

电子工程综合实验报告 平面倒F天线设计 院 系： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： （课程设计时间：2015年 9 月 1 日——2015年 9 月 14 日） 安徽大学 目 录 一、 概述 1 1.1 电子综合实验的目的 1 1.2 电子综合实验的要求 1 二、 平面倒F天线的基本原理 1 2.1 PIFA天线的由来和基本结构 1 2.2 PIFA天线的若干定性结论 2 2.3 PIFA天线多频工作的实现 3 三、平面倒F天线的设计 4 3.1 PIFA天线的设计方法 4 3.3 PIFA天线的结构参数对性能的影响 5 3.4 HFSS仿真结果与分析 5 四、总结与讨论 5 概述 1.1 电子综合实验的目的 了解平面倒F天线的工作原理及设计思路。 掌握HFSS软件的操作方法。 了解天线的应用领域及重要性。 1.2 电子综合实验的要求 利用HFSS软件设计并分析平面倒F天线，了解PIFA的原理，各种参数的变化对天线的影响。 平面倒F天线的基本原理 2.1 PIFA天线的由来和基本结构 PIFA（Planar Inverted F-shaped Antenna) 图3 PIFA天线结构 2.2 PIFA天线的若干定性结论 根据以上PIFA 近似模型，已有不少文献中对PIFA 天线进行近似分析，并得到很多有指导意义的结论。假设分析采用典型的PIFA 天线基本结构，其辐射体为一矩形铜片，铜片的长度（L），宽度（W）和天线的中心谐振频率。 PIFA 天线的谐振频率公式满足以下：其中c 是真空中的光速。这公式也表明，矩形辐射体PIFA 天线长宽边之和近似等于1/4。 辐射体和接地面之间的高度H 对天线的工作带宽产生严重影响，带宽随着H 的增加而增加。PIFA 天线中对带宽起决定作用的结构参数就是H。一般手机天线中H 不允许低于7mm。 接地片的宽度也对带宽产生影响。增加接地片的宽度将增加带宽，降低接地片的宽度将降低带宽。 改变馈电点的位置可以改变输入阻抗，因此可以通过改变馈点的位置实现频率调谐。但是这种方法往往比较难以实现。 PIFA 天线仅在半空间辐射，因此具有很高的前后比（6-8dB），比外置天线有较好的SAR 值。 PIFA 天线接地面的大小会影响天线的带宽。最优接地面尺寸受PIFA 天线辐射体尺寸的影响。 2.3 PIFA天线多频工作的实现 为了适应无线通信多频段工作，就需要天线实现多频段工作。对于PIFA天线实现多频段工作，可以通过使用双馈点或者在PIFA天线辐射金属片上采用开槽的技术来实现。使用双馈点时，调谐频率和调谐范围往往受到一定的限制，因此，在PIFA天线的实际设计中，多采用开槽的方式来实现多频工作。图4为多种开槽方案来实现双频或多频工作，其中L形开槽和U形开槽是最常用的。 图4 PIFA的多种开槽方案 L形开槽的PIFA天线辐射金属片如图5所示，通过开槽可以改变原先电流路径，形成两个相对独立的电路回路，从而实现PIFA天线的双频工作。在L 形开槽下，长度L1、宽度W1 的矩形金属片作为辐射元1，产生低频谐振频率 ；长度为L2、宽度为W2 的矩形金属片作为辐射元2，产生高频谐振频率 。在L 型开槽下，低频谐振频率和高频谐振频率可以分别估算为下面公式： 图5 L形开槽PIFA天线 三、平面倒F天线的设计 3.1 PIFA天线的设计方法 PIFA天线利用HFSS软件来设计。HFSS软件提供了一个简单易用的建模环境，从而可以准确、方便地创建出各种天线的结构模型，博阿凯准确滴设置天线模型的结构尺寸和正确地分配模型的材质。 3.2 倒F天线的模型结构 使用HFSS设计的PIFA天线结构模型如图6所示。表1所示为当前设计中所定义的变量名称，变量所代表的结构参数以及变量的初始值。 图6 PIFA天线的HFSS设计模型 表1 变量定义 参数 数值/mm 参数 数值/mm 参数 数值/mm H 10 Lg 120 SW 6 L1 55 Wg 60 r1 0.25 W1 32 Xf W1/2 r2 0.59 Xg 10 Yf 5 Yg 5 Xs 0 3.3 PIFA天线的结构参数对性能的影响 工作频率和带宽是天线的两个重要参数，下面我们来分析PIFA天线的高度、短路金属片的宽度和接地平面的大小对天线工作频