【正文】 ，Smith圓圖是一個(gè)很有用的工具。借助於Smith圓圖，能夠方便地進(jìn)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(dá)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(shí)際上激勵(lì)信號(hào)是一個(gè)時(shí)變信號(hào)，其相位在0deg~360deg之間隨時(shí)間週期性地變化著，所以實(shí)際上輻射貼片的表面電流也會(huì)是隨時(shí)間週期性變化著的。在HFSS中可以顯示出隨著激勵(lì)信號(hào)動(dòng)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(shí)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(jī)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(duì)低頻段受接地平面效應(yīng)的影響更大，因?yàn)榻拥仄矫嬖诟哳l段具有更大的波長(zhǎng)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(duì)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(jī)的要求；埠也達(dá)到良好匹配，駐波比也令人滿意（VSWR）。總體來(lái)說，基本滿足了新一代手機(jī)天線設(shè)計(jì)的要求，是一種比較理想的手機(jī)天線結(jié)果。 天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)天線性能的影響分析雖然當(dāng)前設(shè)計(jì)的雙頻手機(jī)天線的初始結(jié)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到了性能要求，但多數(shù)時(shí)候天線設(shè)計(jì)是不可能一步到位的，這就需要我們根據(jù)所學(xué)的天線理論知識(shí)，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(dá)到設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)參數(shù)值。工作頻率和頻寬是天線的兩個(gè)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(zhǎng)度t對(duì)天線工作頻率和頻寬的影響。高度H對(duì)該P(yáng)IFA天線工作頻率和頻寬的影響為了研究天線高度H對(duì)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(dāng)變數(shù)H在3mm~6mm範(fàn)圍內(nèi)變化時(shí)，天線諧振頻率和頻寬的變化。 不同高度H值對(duì)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(shí)，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(duì)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(zhǎng)度t對(duì)該P(yáng)IFA天線工作頻率和頻寬的影響添加該P(yáng)IFA天線貼片延長(zhǎng)長(zhǎng)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(dāng)變數(shù)t在2mm~5mm範(fàn)圍內(nèi)變化時(shí)，天線諧振頻率和頻寬的變化。 不同的t值對(duì)應(yīng)的S11掃頻曲線從上面的模擬結(jié)果來(lái)看，隨著t值的增加，諧振頻率點(diǎn)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(shí)也可看出延長(zhǎng)長(zhǎng)度t對(duì)GSM頻段影響較大，對(duì)DCS頻段影響較小。在t=4mm時(shí)，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(jì)中t值定為4mm。通過以上高度H和延伸長(zhǎng)度t等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)手機(jī)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(shí)其性能達(dá)到符合手機(jī)天線設(shè)計(jì)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(jì)的模型相關(guān)參數(shù)。 天線的製作和測(cè)試 天線模型製作與測(cè)試過程為了驗(yàn)證理論和模擬結(jié)果的正確性，製作了實(shí)際天線，此天線結(jié)果簡(jiǎn)單，製作方便，通過對(duì)一塊薄銅皮進(jìn)行切割，在饋電點(diǎn)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(jì)的天線模型。 天線實(shí)物圖在這裡我們主要測(cè)量手機(jī)天線的參數(shù)主要包括S11，電壓駐波比（VSWR），Smith圓圖等，來(lái)驗(yàn)證上面模擬結(jié)果。向量網(wǎng)路分析儀是手機(jī)天線測(cè)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(cè)試需要在很精確的狀態(tài)下進(jìn)行，把多餘的干擾因素排除，所以在測(cè)試前先歸零校準(zhǔn)。使用網(wǎng)路分析儀的基本測(cè)量步驟為：確定測(cè)量條件。這裡進(jìn)行測(cè)試前的確定測(cè)量條件主要是設(shè)置頻率的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)。為了能分析GSM和DCS頻段，我們?cè)O(shè)置的起始點(diǎn)為500MHz，；校準(zhǔn)。選擇適當(dāng)?shù)碾娎|校準(zhǔn)套件，接著分別進(jìn)行開路、短路和負(fù)載的校準(zhǔn)；連接被測(cè)設(shè)備（DUT）；分析測(cè)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(biāo)準(zhǔn)程式按recall state，進(jìn)入測(cè)試程式，按性能參數(shù)開啟鍵Format，之後選左側(cè)豎排的八個(gè)鍵選擇參數(shù)鍵，常用的有3個(gè)：log mag（回波阻抗S11）；smith chart（smith圓圖）；SWR（駐波比）。在這裡主要對(duì)S1電壓駐波比和Smith圓圖進(jìn)行分析；輸出測(cè)量結(jié)果。 天線的測(cè)試過程 測(cè)試結(jié)果與分析我們利用向量網(wǎng)路分析儀對(duì)加工得到的天線進(jìn)行測(cè)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(diǎn)880MHz，960MHz，。圖 雙頻天線的S11測(cè)試結(jié)果 雙頻天線的VSWR測(cè)試結(jié)果為了驗(yàn)證模擬結(jié)果的正確性，我們將S11參數(shù)的實(shí)物測(cè)試結(jié)果和模擬結(jié)果進(jìn)行了比較?？煽闯?，實(shí)際測(cè)試中與模擬所得的結(jié)果雖然有偏差，但是對(duì)比可知，兩者曲線相似，可實(shí)現(xiàn)雙頻，且在GSM和DCS頻帶附近。測(cè)量結(jié)果所產(chǎn)生的偏差是因?yàn)閷?shí)際模型製作過程中的細(xì)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(dá)到與模擬的結(jié)果相一致。 S11參數(shù)的實(shí)測(cè)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(yuǎn)，這還有待進(jìn)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(shí)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(shí)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(jī)天線設(shè)計(jì)時(shí)在不同頻率下未必真正達(dá)到阻抗的嚴(yán)格匹配，由於環(huán)境、高度、結(jié)構(gòu)的限制很難將所有頻點(diǎn)都做到50Ω處，但是實(shí)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(duì)匹配時(shí)，天線最重要的調(diào)整是使整個(gè)天線諧振位於工作頻率範(fàn)圍內(nèi)，並且要提供整體的效率。 雙頻天線的Smith圓圖測(cè)試結(jié)果通過前面的分析、模擬和測(cè)試，可以看出雙頻天線測(cè)試結(jié)果與模擬結(jié)果相比較有偏差，但是可以實(shí)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(shí)際測(cè)試有差異的原因在於建模過程中不能完全類比實(shí)際的天線?？偟膩?lái)說，基本能滿足GSM/DCS手機(jī)系統(tǒng)對(duì)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(jì)的首選工具和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。本文使用Ansoft HFSS軟體對(duì)設(shè)計(jì)的PIFA天線進(jìn)行了模擬分析，主要完成了以下工作：通過討論手機(jī)天線的性能指標(biāo)和研究狀況，為模擬分析的指標(biāo)提供了依據(jù)；對(duì)現(xiàn)在主流手機(jī)天線——PIFA天的特性和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，討論了PIFA天線實(shí)現(xiàn)多頻的方法；應(yīng)用Ansoft HFSS軟體對(duì)一種T形槽的PIFA天線模型進(jìn)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(jìn)行了測(cè)試，證實(shí)了Ansoft HFSS軟體模擬天線的可靠性。本論文對(duì)手機(jī)天線實(shí)現(xiàn)GSM/DCS頻帶進(jìn)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(jìn)一步完善：從理論上來(lái)講，目前手機(jī)內(nèi)置天線的設(shè)計(jì)缺乏嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，尚不足以構(gòu)建一種成系統(tǒng)的方法。今後需要對(duì)多頻段手機(jī)內(nèi)置天線的分析進(jìn)一步系統(tǒng)化和理論化，借助數(shù)值方法，對(duì)模型中電磁場(chǎng)的分佈進(jìn)行更透徹的分析和研究，力求建立更加嚴(yán)格的物理模型；隨著3G及即將來(lái)臨的4G移動(dòng)通訊的研究發(fā)展及多媒體的結(jié)合，未來(lái)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(jìn)一步減小和頻寬進(jìn)一步增加也是一項(xiàng)很具有挑戰(zhàn)性的工作，需要後續(xù)的研究[20]；由於時(shí)間和條件的限制，在手機(jī)天線的建模和設(shè)計(jì)中都沒有涉及到手機(jī)外殼、電池及其它部件，它們對(duì)手機(jī)天線性能的影響、手機(jī)接收靈敏度和天線的關(guān)係、天線對(duì)手機(jī)的EMC的影響等問題需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。參考文獻(xiàn)[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(xué)，2008.[3] [D].成都：電子科技大學(xué)，2008.[4] [J].電波科學(xué)學(xué)報(bào)，2000（01）：97100.[5] [D].大連：大連海事大學(xué)，2007.[6] [D].武漢：華中科技大學(xué)，2007.[7] 李嘯嘯. 3G手機(jī)天線的多頻寬頻化設(shè)計(jì)[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2011.[8] 秦淼. 手機(jī)天線設(shè)計(jì)與優(yōu)化的研究[D].北京：北京郵電大學(xué)，2009.[9] [D].成都：電子科技大學(xué)，2002.[10] 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PIFA天線的基礎(chǔ)特性研究與多頻寬頻技術(shù)[J].,6：7479.致謝本論文是在吳多龍教授和師兄們的悉心指導(dǎo)和無(wú)私的幫助下完成的，再次謹(jǐn)向老師和師兄們表示衷心的感謝和崇高的敬意。吳老師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新的學(xué)術(shù)思想給我留下了深刻的印象，敦敦教誨，必將使我受益終生。通過本次畢業(yè)論文的學(xué)習(xí)，使我初步學(xué)會(huì)了如何讓進(jìn)行一個(gè)課題的研究，以及運(yùn)用電磁場(chǎng)模擬軟體HFSS對(duì)天線進(jìn)行模擬和分析。另外也要感謝陳磊師兄對(duì)我做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給予我的幫助和支持，特別要感謝他對(duì)論文中手機(jī)天線設(shè)計(jì)和模擬提出的意見和建議，沒有他的指導(dǎo)和幫助，也沒有論文的順利完成。同時(shí)還要感謝我的家人和朋友在我大學(xué)期間對(duì)我的支持和鼓勵(lì)，是你們對(duì)我方方面面的照顧使我順利完成學(xué)業(yè)