蓝牙天线的设计指南.pdfVIP

长江大学学报 (自然科学版) 2009年3月第6卷第 l期：理工 JournalofYangtzeUniversity(NatSciEdit) Mar．2009，Vo1．6No．1：Sci Eng 蓝牙微带贴片天线的设计分析 陈朝阳，马中华 ，杜 勇 ，杨光松 (集美大学信息工程学院，福建厦门361021) [摘要]短距离的蓝牙通信主要用于室内的无线通信 ，要求蓝牙天线的体积和尺寸都很小，并且要求和物体 共形。根据这种需求，设计了一种可Z-作于蓝牙频段的微带天线，在HFSS软件进行 了建模和性能仿真，并 通过微带阻抗变换器对天线的输入端进行匹配，最后得到了能用于室 内通信的 良好性能的蓝牙微带天线。 [关键词]微带天线 ；吸收边界；辐射效率 ；增益 标 A 1673-1409 o-os 蓝牙通信主要用于短距离的无线通信，其主要应用于无线音响、无线网卡、无线鼠标、图象处理设 备、安全产品、消费娱乐、汽车产品、家用电器、医疗健身、建筑、玩具等领域 ，应用非常广 阔 ]。天 线性能的优劣直接影响蓝牙通信性能，而且要求天线与物体共形 、要求近似全向性 的辐射场型，微带贴 片天线成为首选 。 蓝牙微带天线不但结构简单、制作成本低 ，同时蓝牙产品越来越小型化，对蓝牙天线大小的要求也越 来越严格。笔者根据蓝牙的工作频段和天线的基本参数得出天线的尺寸，并在 HFSS软件中进行了建模和 仿真，通过微带阻抗变换器对天线的输人端进行匹配，得到能用于室内通信的性能良好的蓝牙微带天线。 1 设 计 1．1 天线的基本参数 微带天线的经典分析方法主要有传输线模型法和空腔模型法[2]。根据传输线模型法得到的天线参 数如下：中心频率fo2．45GHz；工作频段 2．4～2．4835GHz；驻波比系数 VSRW 2．0，中心频率 ，0处 VSWR1．1；频带宽度 ：绝对带宽大于84MHz，且相对带宽在 3Z以上；增益G~3dE；输入阻抗为5OQ。 1．2 天线形状的设计 以矩形贴片作为蓝牙微带天线的形状 ，以FR4一epoxy材料 为基板介质 ，其相对介电常数e一4．4，损耗因数为0．02。基片 厚度h一5mm。蓝牙频段为 2．403～2．483GHz，取其 中心频率 fo一2．45GHz。根据以上参数可得有效介电常数e一3．811，等效 长度 一 2．2287mm，长度 L一26．9mm_6J。 根据天线的尺寸在 HFSS软件中建立模型如图 1。采用微带 线馈 电，馈 电点取在辐射边的中间，馈线长 11．9mm，．宽 8ram。 图 1中设置了一个空气介质的辐射边界 ，即吸收边界 。电磁波能 够朝着辐射边界的方 向辐射 出去，而不是被 限制在边界里面 系统在辐射边界吸收电磁波，本质上就可把边界看成是延伸到 图1微带天线设计模型图 空间无限远处 。辐射边界模拟了代表开放空间的表面。当边界条件被正确使用时，边界条件能够成功地 用于简化模型的复杂性。此时辐射边界设为长宽各 160mITl，高度为 70mm的空气盒子。 2 仿真分析 设贴片、馈线与接地板为有耗 (非理想)导体 ，传导率为5．8×10Simemens／1TI。确定端 口的激励 [收稿 日期]2008—12—24 [基金项目]福建省自然科学基金资助项 目 (AO740011)。 [作者简介]陈朝阳 (1964一)，男，1982年大学毕业，硕士，教授，现在主要从事通信信息系统和微波技术等方面的教学与研究工作。 第6卷 第 1期：理工 陈朝阳等：蓝牙微带贴片天线的设计分析 模式 ，端 口是唯一允许能量进人和流人天线结构 的边界类型。通过 HFSS仿真得到天线 的回波损耗 曲 线 ，如图2所示 。 从 图2可以看出，谐振频率产生一个小小的漂移 ，不再是 2．45GHz，主要是馈 电点 由于激励相位 的关系，对天线的发射状况产生很大影响。当馈线沿天线宽边移动时，输入阻抗随之而变 。馈电位置的 改变 ，使得馈线和天线之间的耦合改变 ，因而使谐振频率产生一个小的漂移 。改变天线尺寸 ，可补偿谐 振频率的漂移，由于谐振频率左偏，减小