【正文】 ，Smith圓圖是一個很有用的工具。借助於Smith圓圖，能夠方便地進行阻抗匹配，給出駐波比，歸一化輸入阻抗等各種資訊。，++,兩種頻率下的輸入阻抗接近於1。以上說明該天線的埠達到了很好的匹配狀態(tài)。天線輻射貼片上的表面電流分佈實際上激勵信號是一個時變信號，其相位在0deg~360deg之間隨時間週期性地變化著，所以實際上輻射貼片的表面電流也會是隨時間週期性變化著的。在HFSS中可以顯示出隨著激勵信號動態(tài)變化的電流分佈。（或者360deg）的分佈結(jié)果。這形象的顯示出輻射貼片表面電流的瞬態(tài)分佈。 輻射貼片表面電流相位為0deg（360deg）的分佈結(jié)果 輻射貼片表面電流相位為180deg的分佈結(jié)果天線的輻射方向圖（GSM900）、1800MHz（DCS1800）時模擬所得到的增益方向圖。（a）可以看出，GSM900的輻射方向圖的yz面為全向性輻射方向圖、xz面為雙向輻射方向圖。（b）可以看出，在DCS1800的輻射方向圖變差，且頻率越高yz面的全向性越差，這是所有手機內(nèi)置平面天線所有共性的特性。造成這種現(xiàn)象的主要原因是高頻段方向圖相對低頻段受接地平面效應(yīng)的影響更大，因為接地平面在高頻段具有更大的波長數(shù)。（a）900MHz（b）1800MHz 雙頻PIFA天線xz和yz截面上的增益方向圖綜合以上模擬資料可以看出，此雙頻PIFA天線的中心工作頻率對應(yīng)在900MHz和1800MHz附近，頻帶寬度也分別符合GSM和DCS系統(tǒng)手機的要求；埠也達到良好匹配，駐波比也令人滿意（VSWR）?？傮w來說，基本滿足了新一代手機天線設(shè)計的要求，是一種比較理想的手機天線結(jié)果。 天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)對天線性能的影響分析雖然當前設(shè)計的雙頻手機天線的初始結(jié)構(gòu)已經(jīng)達到了性能要求，但多數(shù)時候天線設(shè)計是不可能一步到位的，這就需要我們根據(jù)所學的天線理論知識，調(diào)整天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，然後再交由HFSS模擬分析出能夠達到設(shè)計要求的結(jié)構(gòu)參數(shù)值。工作頻率和頻寬是天線的兩個重要參數(shù)，在本文中，我們主要分析該天線的高度H和延伸長度t對天線工作頻率和頻寬的影響。高度H對該PIFA天線工作頻率和頻寬的影響為了研究天線高度H對天線性能的影響，我們添加PIFA天線的高度變數(shù)H為掃描變數(shù)，使用HFSS參數(shù)掃描分析功能模擬分析給出當變數(shù)H在3mm~6mm範圍內(nèi)變化時，天線諧振頻率和頻寬的變化。 不同高度H值對應(yīng)的S11掃頻曲線從上面的掃描曲線，我們可看出隨著H值增大，回波損耗S11的曲線向左偏移，在H=5mm、L=120mm、t=4mm時，GSM900和DCS1800的頻帶內(nèi)S11(VSWR),滿足於GSM900和DCS1800系統(tǒng)的要求。因此對於PIFA天線，根據(jù)上述參數(shù)掃描分析結(jié)果，可以得出的結(jié)論是，在其他參數(shù)保持不變的情況下，該雙頻PIFA天線隨著天線高度的增加，工作頻率逐漸降低[18]。延伸長度t對該PIFA天線工作頻率和頻寬的影響添加該PIFA天線貼片延長長度t為掃描變數(shù)，使用HFSS參數(shù)掃描分析功能模擬分析給出當變數(shù)t在2mm~5mm範圍內(nèi)變化時，天線諧振頻率和頻寬的變化。 不同的t值對應(yīng)的S11掃頻曲線從上面的模擬結(jié)果來看，隨著t值的增加，諧振頻率點發(fā)生偏移，即GSM和DCS頻段工作頻率逐漸升高，且頻寬逐漸增大。同時也可看出延長長度t對GSM頻段影響較大，對DCS頻段影響較小。在t=4mm時，所獲得的頻寬能覆蓋GSM和DCS系統(tǒng)所需的頻寬，因此在上面設(shè)計中t值定為4mm。通過以上高度H和延伸長度t等結(jié)構(gòu)參數(shù)對手機天線性能的影響分析，可看出該天線結(jié)構(gòu)在H=5mm和t=4mm時其性能達到符合手機天線設(shè)計要求，（VSWR），頻帶覆蓋GSM/DCS頻段寬度要求。這也是上述初始設(shè)計的模型相關(guān)參數(shù)。 天線的製作和測試 天線模型製作與測試過程為了驗證理論和模擬結(jié)果的正確性，製作了實際天線，此天線結(jié)果簡單，製作方便，通過對一塊薄銅皮進行切割，在饋電點引入50Ω的mini同軸線[19]，即可完成製作該天線。根據(jù)上面設(shè)計的天線模型。 天線實物圖在這裡我們主要測量手機天線的參數(shù)主要包括S11，電壓駐波比（VSWR），Smith圓圖等，來驗證上面模擬結(jié)果。向量網(wǎng)路分析儀是手機天線測試中最重要，也是最常用的設(shè)備，它主要提供S11，電壓駐波比和Smith圓圖的資料。我們所使用的是Agilent E5071c網(wǎng)路分析儀。天線測試需要在很精確的狀態(tài)下進行，把多餘的干擾因素排除，所以在測試前先歸零校準。使用網(wǎng)路分析儀的基本測量步驟為：確定測量條件。這裡進行測試前的確定測量條件主要是設(shè)置頻率的起始點和終止點。為了能分析GSM和DCS頻段，我們設(shè)置的起始點為500MHz，；校準。選擇適當?shù)碾娎|校準套件，接著分別進行開路、短路和負載的校準；連接被測設(shè)備（DUT）；分析測量結(jié)果。將天線與網(wǎng)路分析儀相接，按Save/recall鍵，找到所有的標準程式按recall state，進入測試程式，按性能參數(shù)開啟鍵Format，之後選左側(cè)豎排的八個鍵選擇參數(shù)鍵，常用的有3個：log mag（回波阻抗S11）；smith chart（smith圓圖）；SWR（駐波比）。在這裡主要對S1電壓駐波比和Smith圓圖進行分析；輸出測量結(jié)果。 天線的測試過程 測試結(jié)果與分析我們利用向量網(wǎng)路分析儀對加工得到的天線進行測試，得到S11參數(shù)特性和電壓駐波比VSWR?？梢钥闯?，雙頻天線的頻點880MHz，960MHz，。圖 雙頻天線的S11測試結(jié)果 雙頻天線的VSWR測試結(jié)果為了驗證模擬結(jié)果的正確性，我們將S11參數(shù)的實物測試結(jié)果和模擬結(jié)果進行了比較?？煽闯?，實際測試中與模擬所得的結(jié)果雖然有偏差，但是對比可知，兩者曲線相似，可實現(xiàn)雙頻，且在GSM和DCS頻帶附近。測量結(jié)果所產(chǎn)生的偏差是因為實際模型製作過程中的細微誤差和50Ω的mini同軸線的接入有關(guān)係，可通過不斷調(diào)試天線的尺寸達到與模擬的結(jié)果相一致。 S11參數(shù)的實測結(jié)果與模擬結(jié)果比較圖 ，可看出，天線低頻和高頻都是偏容性的，且離中心50Ω較遠，這還有待進一步的優(yōu)化。從能量傳輸?shù)慕嵌瓤紤]，理想的匹配在Smith的中心，反射係數(shù)模為0，即此時為行波傳遞狀態(tài)，在傳輸線中，稱為阻抗匹配；最差是在Smith圓圖的邊緣，此時反射係數(shù)模為1，為純駐波狀態(tài)，稱為全反射，沒有能量傳輸。在內(nèi)置手機天線設(shè)計時在不同頻率下未必真正達到阻抗的嚴格匹配，由於環(huán)境、高度、結(jié)構(gòu)的限制很難將所有頻點都做到50Ω處，但是實際效果證明只要效率足夠高就可以好好工作了，因此在沒有條件做到絕對匹配時，天線最重要的調(diào)整是使整個天線諧振位於工作頻率範圍內(nèi)，並且要提供整體的效率。 雙頻天線的Smith圓圖測試結(jié)果通過前面的分析、模擬和測試，可以看出雙頻天線測試結(jié)果與模擬結(jié)果相比較有偏差，但是可以實現(xiàn)雙頻頻帶，且在GSM和DCS附近。Smith圓圖也有偏差。HFSS模擬與實際測試有差異的原因在於建模過程中不能完全類比實際的天線?？偟膩碚f，基本能滿足GSM/DCS手機系統(tǒng)對天線的性能要求。結(jié)論和展望Ansoft HFSS以其優(yōu)良的模擬精度和可靠性，快捷的模擬速度，方便易用的操作介面，穩(wěn)定成熟的自我調(diào)整網(wǎng)格剖分技術(shù)成為高頻結(jié)構(gòu)設(shè)計的首選工具和行業(yè)標準。本文使用Ansoft HFSS軟體對設(shè)計的PIFA天線進行了模擬分析，主要完成了以下工作：通過討論手機天線的性能指標和研究狀況，為模擬分析的指標提供了依據(jù)；對現(xiàn)在主流手機天線——PIFA天的特性和結(jié)構(gòu)進行了分析，討論了PIFA天線實現(xiàn)多頻的方法；應(yīng)用Ansoft HFSS軟體對一種T形槽的PIFA天線模型進行了模擬分析和相關(guān)參數(shù)工作頻率的影響；根據(jù)模型結(jié)構(gòu)參數(shù)，製作了該天線模型，並利用網(wǎng)路分析儀進行了測試，證實了Ansoft HFSS軟體模擬天線的可靠性。本論文對手機天線實現(xiàn)GSM/DCS頻帶進行了模擬分析，但是還有以下內(nèi)容需要在後續(xù)工作中進一步完善：從理論上來講，目前手機內(nèi)置天線的設(shè)計缺乏嚴格的數(shù)學推導，尚不足以構(gòu)建一種成系統(tǒng)的方法。今後需要對多頻段手機內(nèi)置天線的分析進一步系統(tǒng)化和理論化，借助數(shù)值方法，對模型中電磁場的分佈進行更透徹的分析和研究，力求建立更加嚴格的物理模型；隨著3G及即將來臨的4G移動通訊的研究發(fā)展及多媒體的結(jié)合，未來考慮到多路徑衰落等問題，分集天線、智慧天線等研究亦有廣闊的開發(fā)前景，另外，天線尺寸進一步減小和頻寬進一步增加也是一項很具有挑戰(zhàn)性的工作，需要後續(xù)的研究[20]；由於時間和條件的限制，在手機天線的建模和設(shè)計中都沒有涉及到手機外殼、電池及其它部件，它們對手機天線性能的影響、手機接收靈敏度和天線的關(guān)係、天線對手機的EMC的影響等問題需要進一步進行研究。參考文獻[1] 李建東，[M].北京：人民郵電出版社，2002：14.[2] [D].西安：西安電子科技大學，2008.[3] [D].成都：電子科技大學，2008.[4] [J].電波科學學報，2000（01）：97100.[5] [D].大連：大連海事大學，2007.[6] [D].武漢：華中科技大學，2007.[7] 李嘯嘯. 3G手機天線的多頻寬頻化設(shè)計[D].蘇州：蘇州大學，2011.[8] 秦淼. 手機天線設(shè)計與優(yōu)化的研究[D].北京：北京郵電大學，2009.[9] [D].成都：電子科技大學，2002.[10] [M].北京：高等教育出版社，2007：414415. 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