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金属圆环移动手机缝隙天线Bo Yuan, Yazi Cao, Member, IEEE, GaofengWang, Senior Member, IEEE, and Bin Cui摘要-这封文献介绍了一种毫米平面并在封闭的金属环条件下运行的移动手机缝隙天线。缩短了缝隙天线的高度，并且天线的低频带宽扩展到覆盖GSM850和GSM900两个频段。该天线对封闭的金属圆环提供了一个解决方案，而且能够在五个无线通信频带内运行（例如，GSM850，GSM900， DCS1800，PCS1900，和UMTS频段）在这个无非工作频段内，可以得到良好的回波损耗，辐射方向图，效率和增益性能。相较于传统的单极子天线，手对这个缝隙天线影响也进行了研究。关键词：手的影响，金属圆环，突出接地平面，缝隙天线。引言在最近的几年，由于移动手机变的越来越小而且也更智能，对低高度，多功能的天线的要求迅速增加以期满足不同的性能和不同的操作环境。对于与金属器件集成的天线的集中方案在最近进行了报道[1]-[3]。当金属器件放在离天线很近的地方，就会发生一些不期望的耦合效应，并会造成天线阻抗匹配方面的失配。因此会大大减小天线的带宽。通常，移动设备制造商必须进行降测试以确保手机的机械强度。因此，一个封闭的金属圆环通常放在手机的周围。这样做不仅为了保证手机的机械强度，而且也为了手机的外形美观。金属圆环通常通过几个接地点与地面相接。金属器件无可避免放在了天线附近。因此，对于手机天线设计者来说，解决不期望的耦合问题是一个极具挑战性的任务。当金属元环放在一个多极子天线或者一个倒置F平面天线附近，金属圆环会给天线输入阻抗引入一个显著的电容（阻抗元件），由于对于实阻抗（例如50）的阻抗失配，造成了在天线馈电端口能量的反射。根据巴比涅原理，一个缝隙天线可以被认为是一个偶极天线互补天线，这可能导致486的输入阻抗。为了对同轴电缆实现更好的阻抗匹配，将会采用偏心馈电。在[4]中，提出了移动手机应用的一种毫米缝隙天线。之后，增加一个单极槽来扩大低频段的带宽[5]。缝隙天线是一种良好的金属圆环天线，在金属圆环中并靠近天线的金属被认为是天线本身的一部分。当一个金属器件放在了天线的附近，会发生不期望的耦合效应，这种效应通过将金属器件包括为天线的一部分进行研究。缝隙天线的另一个优点就是它们可以以平衡的方式进行设计，以减少接地面的表面电流。因此可以减少手对天线的影响[6]。尽管没有添加巴伦平衡转换装置到同轴线缆，以减少在外部导电通路的共模电流[7]，但是相较于非平衡天线，将其接地面视为天线的一部分在接地平面的电流可以大大减少。尽管偏心馈电可以获得较好的阻抗匹配，但是沿着缝隙的电压仍然呈准正选分布[8]。因此，事实上缝隙天线可以被视为一种平衡天线。最近，据报道缝隙天线面积可以进一步减少到18*38mm2 [9]。然而，这些天线由于它们的宽度大于18mm仍然过大，而且它们对于低频段带宽太窄而不能覆盖GSM850和GSM900两个频段。而且提出了一个80*18mm2的五频段的缝隙天线，可以被折叠为40*18*7mm3[6]。然而，具有折叠缝隙天线结构对于封闭的金属圆环应用并不适合。如何扩大带宽而且减少平面宽度对天线设计者来说是个挑战。当很难确定对于高频带阻抗匹配的开路块的最优长度时，匹配网络通常被用来实现阻抗匹配。一种网络匹配的受欢迎的变换方法可以大体上归为两种。第一种，重置匹配网络，另外一种，重置天线的模式[10],[11]。如下采用的匹配网络方法将天线的高度减少到15.5mm，将带宽扩大到覆盖GSM850 (824 896 MHz),GSM900 (890 960 MHz), DCS1800 (1710 1880 MHz),PCS1900 (1850 1990MHz), 和UMTS (1920 2170MHz)五个频段，对于提出将封闭的金属圆环和用作语言的突出地面视为天线的一部分的这为了解决实际中平面封闭的金属圆环手机问题。II 天线设计对于一个简单的12*56.5mm2的单极子天线，其GSM850和GSM900的回波损耗在不同的金属环条件下进行了仿真，如图一所示。该金属环有一个1*1-mm2的交叉部分，但不接地。金属圆环与机壳之间的距离为2mm。该天线是制作在了一个1mm厚相对介电常数为4.4的FR4介质基板上，其损耗正切为0.02。金属圆环与基板平行放置。由图一可知，在单极子天线周围的金属圆环对回波损耗有着明显的影响。图一不同金属圆环条件下的仿真回波损耗当金属圆环与接地平面相接，该天线就转变为一种缝隙天线。可得，其谐振频率在0.9到2.1GHz范围内变化，这样激起了设计一种根据缝隙天线优点，由金属圆环环绕的天线的理念。对于工作在和模式条件下的的缝隙天线，其缝隙长度应比单极子天线的模式要长。为了将天线