【正文】 輸入阻抗，因此可以通過改變饋點(diǎn)的位置實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)諧。PIFA天線僅在半空間輻射，因此具有很高的前後比（68dB），比外置天線有較好的SAR值。最優(yōu)接地面尺寸受PIFA天線輻射體尺寸的影響。 多頻段工作的實(shí)現(xiàn)為了適應(yīng)手機(jī)多頻段工作，需要內(nèi)置天線實(shí)現(xiàn)多頻段工作。使用雙饋點(diǎn)時(shí)，調(diào)諧頻率調(diào)諧範(fàn)圍往往受到一定的限制，因此實(shí)際手機(jī)中的多頻段多採(cǎi)用開槽的方式實(shí)現(xiàn)多頻工作。L型開槽PIFA天線： L型開槽天線通過開槽，改變了原先的電流路徑，形成兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的電流回路，從而實(shí)現(xiàn)PIFA天線的雙頻工作。在L型開槽下，低頻諧振頻率和高頻諧振頻率可以分別估算為下面公式：f1=c4（H+L+W） （）f2=c4（H+G3+W2） （）上述公式只具有近似的指導(dǎo)意義，不具有嚴(yán)格的意義。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，天線的諧振頻率會(huì)受到L、W、GWGG2和L2等多個(gè)參數(shù)的影響，我們需要通過多次調(diào)試，才能得到理想的性能。 L型開槽參數(shù)對(duì)天線性能的影響F1F2SWR1SWR2BW1BW2G1 ↑↑G2 ↑↓↑G3 ↑↓↓↓↑L2 ↑↓↓ U型開槽PIFA天線 。在U形開槽，長(zhǎng)度L、寬度W的矩形金屬片作為輻射元1，產(chǎn)生低頻諧振頻率；長(zhǎng)度為L(zhǎng)寬度為W2的矩形金屬片作為輻射元2，產(chǎn)生高頻諧振頻率。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，天線的諧振頻率會(huì)受到L、W、LWGG2和L3等多個(gè)參數(shù)的影響，我們需要通過多次調(diào)試，才能得到理想的性能。 U型開槽參數(shù)對(duì)天線性能的影響F1F2SWR1SWR2BW1BW2G1 ↑↑G2 ↑↓↑G3 ↑↓↓↓↑L2 ↑↓↓3 一種雙頻（GSM/DCS）PIFA天線的設(shè)計(jì)與模擬 Ansoft HFSS軟體介紹和模擬流程HFSS是美國(guó)Ansoft公司開發(fā)的全波三維電磁模擬軟體。HFSS採(cǎi)用標(biāo)準(zhǔn)的Windows圖形化使用者介面，簡(jiǎn)潔直觀；自動(dòng)化的設(shè)計(jì)流程，易學(xué)易用；穩(wěn)定成熟的自我調(diào)整網(wǎng)格剖分技術(shù)，結(jié)果準(zhǔn)確。 HFSS使用者使用操作介面圖作為一款功能強(qiáng)大的三維電磁設(shè)計(jì)軟體，HFSS可以為天線設(shè)計(jì)提供全面的解決方案。，下面簡(jiǎn)單介紹使用這個(gè)軟體模擬天線的主要步驟： HFSS天線設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)求解類型。使用HFSS天線設(shè)計(jì)時(shí)，通常選擇模式驅(qū)動(dòng)（Driven Modal）求解類型或者終端驅(qū)動(dòng)（Driven Terminal）求解類型。創(chuàng)建天線的結(jié)構(gòu)模型。另外，HFSS也可以直接導(dǎo)入由AutoCAD、Pro/E等協(xié)力廠商軟體創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)模型。設(shè)置邊界條件。而且，靈活地使用邊界條件還可以很好地降低模型的複雜度。天線設(shè)計(jì)中，最常用到的邊界條件是理想導(dǎo)體邊界條件（Perfect E）、有限導(dǎo)體邊界條件（Finite Conductivity）、輻射邊界條件（Radiation）和理想匹配層（PML）。設(shè)置激勵(lì)方式。HFSS中定義了多種激勵(lì)方式，主要有波埠激勵(lì)（Wave Port）、集總埠激勵(lì)（Lumped Port）、Floquet埠激勵(lì)（Floquet Source）、入射波激勵(lì)（Incident Wave）、電壓源激勵(lì)（Voltage Source）、電流源激勵(lì)（Current Source）和磁偏置激勵(lì)（Magnetic Bias）。天線設(shè)計(jì)中，埠平面的激勵(lì)方式多設(shè)置為波埠激勵(lì)或者集總埠激勵(lì)。設(shè)置求解參數(shù)。HFSS基本的求解參數(shù)包括求解頻率、自我調(diào)整網(wǎng)格剖分的最大反覆運(yùn)算次數(shù)和收斂誤差。運(yùn)行求解分析。整個(gè)模擬計(jì)算由HFSS軟體自動(dòng)完成，不需要使用者干預(yù)。查看求解結(jié)果。如果模擬計(jì)算的天線性能滿足設(shè)計(jì)要求，那麼就完成了天線的模擬設(shè)計(jì)工作，接下來可以著手天線的製作和調(diào)試工作。Optimetrics優(yōu)化設(shè)計(jì)。 一種適用GSM/DCS手機(jī)的PIFA天線設(shè)計(jì)與模擬分析對(duì)於實(shí)際應(yīng)用，手機(jī)天線設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)?；兑陨峡紤]設(shè)計(jì)天線輻射貼片的長(zhǎng)度和寬度，並採(cǎi)用同軸饋電；應(yīng)用貼片開槽的方法，對(duì)輻射貼片進(jìn)行開槽處理，以增加天線的頻寬；應(yīng)用短路載入，在輻射貼片上載入短路探針，從而改變電路回路，在減小天線體積的同時(shí)增加頻寬[17]。該天線最大優(yōu)點(diǎn)是天線貼片具接地面高度僅5mm，可用于超薄手機(jī)及PDA手機(jī)等可擕式設(shè)備，該天線體積小，重量輕、與載體共形、製造簡(jiǎn)單。該天線佔(zhàn)據(jù)面積為900 mm2（15*60mm2），其頂部部分嵌入一個(gè)簡(jiǎn)單的T型縫隙，將頂部部分分成兩個(gè)諧振路徑,這樣能生成兩個(gè)頻率為900/1800MHz的諧振模式。GSM/DCS雙頻PIFA天線如圖 。天線的貼片和地平面直接的空氣層基板厚度為5mm。為了提高天線的頻寬，我們延長(zhǎng)輻射貼片使其超過手機(jī)系統(tǒng)地平面一小部分，長(zhǎng)度為t，可發(fā)現(xiàn)這樣很有效。這樣類似於使用一個(gè)開槽的地平面來增加頻寬。關(guān)於延長(zhǎng)的長(zhǎng)度t對(duì)天線頻寬的影響，我們?cè)谙乱还?jié)通過HFSS模擬分析。 GSM/DCS雙頻PIFA天線尺寸參數(shù)參數(shù)數(shù)值/mm參數(shù)數(shù)值/mm參數(shù)數(shù)值/mmL120W115Xf41W60L160Lg8H5L257Wg1t4Xg18SW7（b）是天線上貼片的結(jié)構(gòu)參數(shù)。T形縫隙的狹窄部分的寬度為1mm，和兩個(gè)長(zhǎng)度為16和41的不平等臂。長(zhǎng)臂使較長(zhǎng)的諧振路徑延長(zhǎng)，以致長(zhǎng)度達(dá)到大約82mm，這是在900MHz約四分之一的波長(zhǎng)。另一方面，較短的臂影響高頻頻段，即影響DCS頻帶。在這種情況下，能激勵(lì)起約1800MHz的DCS諧振模式。此外，我們?cè)跒?00MHz工作的諧振部分的尾部擴(kuò)大一個(gè)額外寬為5mm的一部分，這樣有助於為天線的低諧振模式實(shí)現(xiàn)更寬的頻寬。另外，在這天線設(shè)計(jì)中，為了對(duì)該天線進(jìn)行測(cè)試，用一個(gè)放置在地平面背後的50ΩSMA連接器來給天線饋電。為了使頂部貼片和地平面短路，放置在B點(diǎn)（短路點(diǎn)），與饋點(diǎn)A距離為7mm。 天線的S11參數(shù)和駐波比VSWR 通過模擬運(yùn)行。從模擬結(jié)果我們可以看出在880~960MHz頻帶內(nèi)，因此天線可以完全覆蓋GSM系統(tǒng)的工作頻段，在1710~1880MHz頻段內(nèi)，因此該天線可以完全覆蓋DCS系統(tǒng)的工作頻段。 天線的電壓駐波比（VSWR）結(jié)果天線的輸入阻抗和Smith圓圖。同時(shí)，在天線的設(shè)計(jì)中，Smith圓圖是一個(gè)很有用的工具。++,兩種頻率下的輸入阻抗接近於1。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。（或者360deg）的分佈結(jié)果。 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。（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。（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）。 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。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。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]。 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。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。這也是上述初始設(shè)計(jì)的模型相關(guān)參數(shù)。根據(jù)上面設(shè)計(jì)的天線模型。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。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)。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)。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。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?？梢钥闯?，雙頻天線的頻點(diǎn)880MHz，960MHz?？煽闯觯瑢?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。 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。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。Smith圓圖也有偏差?？偟膩碚f，基本能滿足GSM/DCS手機(jī)系統(tǒng)對(duì)天線的性能要求。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。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及即將來臨的4G移動(dòng)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(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。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。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。