摘 要：隨著3G網(wǎng)絡(luò)的廣泛建設(shè)以及LTE 和WiMAX 標準的興起，移動通信系統(tǒng)正向著4G時代穩(wěn)步邁進。文中提出了一種應(yīng)用在平板電腦上多頻段平面單極LTE/WWAN天線的設(shè)計方法，該天線結(jié)構(gòu)由一個變形的L貼片和兩個寄生短截線構(gòu)成。天線的頻段可覆蓋整個LTE （LTE700/2300/2500）及五個WWAN （GSM850/900/1 800/1 900/UMTS）頻段。其頻率帶寬可分為低頻部分：700～960 MHz 和高頻部分：1 710～2 700 MHz，可在整個帶寬內(nèi)做到無縫銜接的寬帶通信。該天線不僅可以實現(xiàn)寬頻化，而且結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、易于集成。

關(guān)鍵詞：小型化；多頻段；寬帶化；天線設(shè)計

中圖分類號：TN82 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）01-0041-03

0 引 言

隨著4G網(wǎng)絡(luò)的興起，移動通信產(chǎn)業(yè)又迎來一個高速發(fā)展的時期。移動終端設(shè)備也進一步朝著互聯(lián)網(wǎng)在線設(shè)備的方向發(fā)展，而天線作為終端的關(guān)鍵部件，其性能極大地制約著終端的整體性能，傳統(tǒng)的移動終端天線已經(jīng)不能滿足4G 無線通信多頻帶和寬頻化的要求。研制能覆蓋LTE和原有所有通信頻率的小型化天線就具有十分重要的意義。本文正是以此為背景，設(shè)計了一款應(yīng)用于平板電腦的4G-LTE天線。天線的尺寸為40 mm×15 mm，能夠產(chǎn)生的工作頻段能覆蓋所需要的700～960 MHz和1 710～2 700 MHz頻段。目前中國移動進行的TD-LTE規(guī)模試驗使用的D頻段（2 575～2614 MHz），最終結(jié)合F頻（1 880～1 900 MHz）共同組建4G-LTE網(wǎng)絡(luò)。中國聯(lián)通的4G-LTE實驗網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)確定采用1800 MHz的頻段（1 755 MHz～1 785 MHz，1 850 MHz～1880 MHz）進行測試，中國電信使用2.6 GHz（2 600～2 620 MHz或2635～2 655 MHz）為主要頻率。因此，我們所設(shè)計的天線完全滿足4G系統(tǒng)對于工作頻段的要求。

1 天線結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于微帶天線具有薄的平面結(jié)構(gòu)、便于共形、制作簡單、成本低等優(yōu)點，被廣泛用于測量和通信行業(yè)的各個領(lǐng)域。本文就是基于FR4介質(zhì)基板的微帶天線。選用的FR4介質(zhì)基板的εr=4.4，損耗角正切為0.02，厚度為0.8 mm。圖1給出了天線的幾何尺寸。

使用195 mm×107 mm的FR4基板加上天線高度的15mm來模擬195 mm×122 mm的7英寸的顯示器，模擬顯示器的大小可以變化，而且對天線的影響較小。天線由一個變形的倒L結(jié)構(gòu)的驅(qū)動單極天線和兩根寄生的輻射單元構(gòu)成。天線在B點處使用50Ω同軸線饋電。A點穿過介質(zhì)基板與接地板相連。經(jīng)過仿真優(yōu)化后計算，變形倒L結(jié)構(gòu)的貼片作為四分之一波長諧振結(jié)構(gòu)激勵起工作于1 950 Mhz的基本諧振模式。變形倒L結(jié)構(gòu)的輻射貼片與輻射單元通過縫隙G1耦合饋電。一根輻射單元激勵起工作于960 Mhz的諧振模式，另一根激勵起工作于760 Mhz的諧振模式，同時激勵起一個2550 Mhz高階諧振模。為了提高低頻段的阻抗帶寬，通過在接地板上插入一個寬度為2 mm的L型縫隙拓展低頻帶寬以達到LTE700/GSM900 MHz對于頻段的要求。L型縫隙的高為19 mm，長為47 mm，距離接地板右邊緣最近的距離為26.9 mm。利用Ansoft HFSS軟件對天線進行仿真和優(yōu)化后天線結(jié)構(gòu)的各個參數(shù)為：L = 40 mm， W = 15 mm， L1 = 36.7mm，L2 = 31.5 mm， L3 = 16.3 mm， L4 = 6.8 mm， L5 = 7 mm， L6 =12 mm， L7 = 7.9 mm， L8 = 5 mm， L9 = 10.2 mm， L10 = 6 mm，L11 = 8 mm，L12=7mm， L13=4.6mm，L14=10mm，L15=1.9mm，W1 = 1.5 mm， W2 = 0.5 mm， W3 = 0.5 mm， W4= 0.3 mm， W5 = 0.3 mm， W6 = 0.3 mm， G1 = 0.3mm。

2 天線制作與數(shù)據(jù)測試

通過Ansoft HFSS軟件對天線尺寸進行仿真和優(yōu)化，再根據(jù)優(yōu)化后得到的尺寸，對該天線進行實物加工和測試，天線的加工實物如圖2和圖3所示。并利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對天線實物進行測試。利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行實測的回波損耗如圖4所示。通常我們使用-6 dB的回波損耗作為移動終端天線性能好壞的區(qū)分點。通過實測的結(jié)果和仿真的對比。可以看出在我們需要的頻帶內(nèi)，回波損耗都在-6 dB以下。仿真和測試的結(jié)果整體基本吻合，在2.63 Ghz，天線實測數(shù)據(jù)明顯好于仿真數(shù)據(jù)，其主要原因是我們選用的低成本FR4板材的損耗角正切值是隨頻率增加而明顯增大的，其在高頻段其真實的損耗大于仿真過程預(yù)先設(shè)置的固定值。此外，還有一些重要的原因，比如天線尺寸的加工誤差、同軸連接器接頭的焊接精度及測量環(huán)境不穩(wěn)定等客觀因素都會造成損耗的增大。盡管如此，天線的設(shè)計還是基本達到了我們的預(yù)期。

（a）頻率為760 MHz的E面方向圖

（b） 頻率為960 MHz的E面方向圖

（c） 頻率為1 960 MHz的E面方向圖

（d） 頻率為2 550 MHz的E面方向圖

3 結(jié) 語

本文給出了制作一款應(yīng)用于平板電腦上的4G-LTE天線的具體方法，該天線在工作頻段700～960 MHz和1710MHz～2 700 MHz，能滿足4G～LTE和現(xiàn)有通信頻率對天線的要求。而且天線價格便宜，結(jié)構(gòu)簡單、易于加工制作和集成，應(yīng)用前景非常廣泛。

參 考 文 獻

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