【正文】 同時還要感謝我的家人和朋友在我大學(xué)期間對我的支持和鼓勵，是你們對我方方面面的照顧使我順利完成學(xué)業(yè)。通過本次畢業(yè)論文的學(xué)習(xí)，使我初步學(xué)會了如何讓進(jìn)行一個課題的研究，以及運用電磁場模擬軟體HFSS對天線進(jìn)行模擬和分析。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，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手機天線的多頻寬頻化設(shè)計[D].蘇州：蘇州大學(xué)，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(xué)，2009.[9] [D].成都：電子科技大學(xué)，2002.[10] [M].北京：高等教育出版社，2007：414415. [11] Sean Lu. Antenna Basic Presentation[J]. LKProducts, 2006. [12] HaoChun, ShihWen Lu, JiFuh Liang, KinLu wong. Internal monopole plastic chip antenna for GSM/DCS/PCS mobile phone[J].IEEE Conference Publications,2005,2A：434437.[13] 薛兆喜，[J].桂林電子科技大學(xué)學(xué)報，2012,32（1）：1418.[14] 劉海強，[J].艦船電子工程，2011,12：98100.[15] 李明洋，[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011：910.[16] 謝擁軍，[M].北京：科學(xué)出版社，2009：57110.[17] KinLu Wong, , . Thin Internal GSM/DCS Patch Antenna for a Portable Mobile Terminal[J]. 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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。本論文對手機天線實現(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：從理論上來講，目前手機內(nèi)置天線的設(shè)計缺乏嚴(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。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(biāo)準(zhǔn)。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。 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。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。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(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。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(jìn)行了比較。 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(jìn)行測試，得到S11參數(shù)特性和電壓駐波比VSWR。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）。為了能分析GSM和DCS頻段，我們設(shè)置的起始點為500MHz，；校準(zhǔn)。使用網(wǎng)路分析儀的基本測量步驟為：確定測量條件。我們所使用的是Agilent E5071c網(wǎng)路分析儀。 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。 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(jìn)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。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(dá)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。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。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(dāng)變數(shù)t在2mm~5mm範(fàn)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。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?？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。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）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。這形象的顯示出輻射貼片表面電流的瞬態(tài)分佈。在HFSS中可以顯示出隨著激勵信號動態(tài)變化的電流分佈。以上說明該天線的埠達(dá)到了很好的匹配狀態(tài)。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。 輸入阻抗結(jié)果 Smith圓圖顯示的歸一化輸入阻抗結(jié)果 從結(jié)果可以看出，在頻率為900MHz時，天線的輸入阻抗為（）Ω，在頻率為1800MHz時，天線的輸入阻抗為（）Ω，兩種頻率下的輸入阻抗都接近於50Ω。以上結(jié)果表明該天線的頻段滿足于GSM/DCS手機工作頻段和頻寬。 S11的掃頻分析結(jié)果由S11曲線可以看出天線有兩個諧振點，分別對應(yīng)大約為900MHz和1800MHz，而且在這兩個頻帶都可以達(dá)到良好的阻抗匹配。 HFSS模擬結(jié)果與分析根據(jù)手機天線指標(biāo)的要求，應(yīng)用三維電磁模擬軟體HFSS，得到此PIFA天線的回波損耗、輸入阻抗、輻射貼片表面電流分佈、電壓駐波比VSWR和輻射方向圖的模擬結(jié)果。通過地平面過孔的SMA連接器的中心引腳連接到頂端貼片的A點（饋電點）。在本設(shè)計中，這個額外擴(kuò)大的尺寸5*42mm2的尾部向下彎曲（（b）所示），這樣該天線總的佔據(jù)面積不變。這種通過嵌入T形縫隙把貼片分成兩個獨立的諧振路徑的方法類似於嵌入一個倒L形縫隙。短臂使是較短的諧振路徑延長，以致長度達(dá)到大約42mm，這是在1800MHz約四分之一的波長。在這種情況下，能激勵起約900MHz的GSM諧振模式。較長的臂會影響低頻頻段，即影響GSM頻帶。本設(shè)計在貼片上嵌入一個簡單的T形縫隙，這樣能把頂端貼片分成兩個四分之一波長的諧振路徑，以致產(chǎn)生兩個能工作在900/1800MHz的諧振模式。同時，為了改善PIFA天線的頻寬，本設(shè)計的方案要比使用地平面開槽或修改的方案簡單得多和更加實用。在本設(shè)計中，為了提高天線的頻寬使其能覆蓋GSM/DCS所需的頻寬，延長長度4mm（t=4mm）是適合的。在這種情況下，天線頂部的一部分可認(rèn)為是沒有地平面，這樣貼片天線的品質(zhì)因數(shù)Q減小，從而提高天線的頻寬。使用這種稀薄的空氣層基板，傳統(tǒng)的內(nèi)置貼片天線的頻寬一般不能覆蓋有較好阻抗匹配的GSM/DCS系統(tǒng)所需的頻寬。（a）天線整體結(jié)構(gòu)（b）天線貼片結(jié)構(gòu)參數(shù)（c）天線側(cè)面結(jié)構(gòu) GSM/DCS雙頻PIFA天線結(jié)構(gòu)圖（a）是該天線的整體結(jié)構(gòu)，該PIFA天線裝置在一個矩形地平面頂部邊緣上，而矩形平面是手機系統(tǒng)的地平面。然後，通過延長PIFA貼片頂端一小部分，使其超出系統(tǒng)接地平面的頂端邊緣，這樣最終天線能提供兩個覆蓋GSM/DCS的頻帶寬度[14]。該部分提出一種厚度為5mm的內(nèi)置GSM/DCS雙頻平面倒F型（PIFA）天線，可應(yīng)用在當(dāng)今的手機上，作為其內(nèi)置天線?；渡鲜龇治?、討論，以及參考文獻(xiàn)，本文模擬設(shè)計了一種新型的平面倒F型（PIFA）天線，並利用HFSS軟體，按照上面給出的HFSS模擬設(shè)計流程進(jìn)行設(shè)計與模擬分析。因為本設(shè)計的天線是要應(yīng)用在GSM/DCS手機等的掌上型移動終端上，這要求達(dá)到小型化、超薄的需要，對天線的長度、寬度和高度都有限制，而且要考慮工作頻段、頻寬和方向圖。如果前面的分析結(jié)果未達(dá)到設(shè)計要求，那麼還需要使用Optimetrics模組的參數(shù)掃描分析功能和優(yōu)化設(shè)計功能未優(yōu)化天線的結(jié)構(gòu)尺寸，已找到滿足要求的天線設(shè)計。如果模擬計算的天線性能未能達(dá)到設(shè)計要求，那麼還需要使用HFSS的參數(shù)掃描分析功能或者優(yōu)化設(shè)計功能，進(jìn)行參數(shù)掃描分析和優(yōu)化設(shè)計。求解分析完成後，在資料後處理部分可以查看HFSS分析出的天線的各項性能參數(shù)，如回波損耗S1電壓駐波比VSWR、輸入阻抗、天線方向圖、軸比和電流分佈等。分析完成後，如果結(jié)果不收斂，則需要重新設(shè)置求解參數(shù)；如果結(jié)果收斂，則說明計算結(jié)果達(dá)到了設(shè)定的精度要求。上述操作完成後，即創(chuàng)建好天線模型，正確設(shè)置了邊界條件、激勵方式和求解參數(shù)，即可執(zhí)行求解分析操作命令來運行模擬計算。如果需要進(jìn)行掃頻分析，還需要設(shè)置掃頻類型和掃頻範(fàn)圍。HFSS軟體採用自我調(diào)整網(wǎng)格剖分技術(shù)，根據(jù)使用者設(shè)置的誤差標(biāo)準(zhǔn)，自動生成精確、有效的網(wǎng)格來分析物體模型的電磁特性。其中，如果埠平面與背景相接觸，激勵方式需要設(shè)置為波埠激勵；如果埠平面在模型內(nèi)部，激勵方式則需要設(shè)置為集總埠激勵[16]。天線必須通過傳輸線或者波導(dǎo)傳輸信號，天線與傳輸線或者波導(dǎo)的連接處可以看做是埠平面。在HFSS中，激勵是一種定義在三維物體表面或者二維平面物體上的激勵源，這種激勵源可以是電磁場、電壓源、電流源或者電荷源。在HFSS中，與背景相接觸的表面以及材質(zhì)都被默認(rèn)設(shè)置為理想導(dǎo)體邊界（Perfect E）；為了模擬無限大的自由空間，在使用HFSS進(jìn)行天線設(shè)計時，必須把與背景相接觸的表面設(shè)置為輻射邊界條件或理想匹配層（PML）邊界條件，這樣HFSS才會計算天線的遠(yuǎn)區(qū)輻射場。HFSS中定義了多種邊界條件類型，分別為理想導(dǎo)體邊界條件（Perfect E）、理想磁邊界條件（Perfect H）、有限導(dǎo)體邊界條件（Finite Conductivity）、輻射邊界條件（Radiation）、對稱邊界條件（Symmetry）、阻抗邊界條件（Impedance）、集總RLC邊界條件（Lumped RLC）、無限地平面（Infinite Ground Plane）、主從邊界條件（Master and Slave）、理想匹配層（PML）和