PIFA天线.ppt

手机PIFA天线的理论分析夏文峰手机天线常用三种:1:螺旋天线,以前常用,突出一个头的外置,现在很少见。2:PIFA天线,最常用的主流天线,NOKIA等常用。3:单极性天线,主要在MOTOV3、V6上使用。NOKIA3100的PIFA手机天线实物图常用手机天线螺旋天线PIFA(PlanarInvertedF-shapedAntenna)天线即平面倒F形天线,因为整个天线的形状像个倒写的英文字母F而得名。多年来,多数手机天线都一直沿用这种传统的PIFA天线设计方案。目前,市场上可以看到的手机内置天线,其中有60%~80%都是采用这种天线设计的。PIFA天线的基本结构是采用一个平面辐射单元作为辐射体,并以一个大的地面作为反射面,辐射体上有两个互相靠近的引脚,分别用于接地和馈电。其具有尺寸小、具有重量轻、剖面低、造价便宜、机械强度好、频带宽、效率高、增益高、受周围环境影响小、对人体辐射伤害小、覆盖频率越多等一系列优点。下图为一个工作于GSM900和DCS1800频段的双频PIFA天线实物。当实际工作时,天线安装在手机上,手机主板的地面作为天线的参考地。双频手机PIFA天线实物图PIFA天线PIFA天线的结构PIFA天线的基本结构包括四个部分:接地平面、辐射单元、短路金属片和同轴馈线,其典型的结构如下图所示。其中,接地平面可以作为反射面,辐射单元是与接地平面平行的金属片,短路金属片用于连接辐射单元和接地平面,同轴馈线用于信号传输。PIFA天线典型基本结构PIFA天线的由来一方面,可以将PIFA天线看做是由线性倒F天线(即IFA)天线衍变而来的。对于IFA天线而言,其辐射单元、接地线都是细导体线,这样等效的射频分布电感较大,而分布电容较小,这就意味着天线具有较高的Q值和较窄的频带。根据电小天线Q值和带宽的关系,增大带宽的途径就是降低Q值,因此将IFA天线的细导线用具有一定宽度的金属片取代,这样可以增大分布电容和减少分布电感,从而增大天线带宽。这样就形成了PIFA天线。PIFA天线IFA天线另一方面,也可以将PIFA天线视为一个具有短路连接的矩形微带天线,这种具有短路连接的矩形微带天线的实际共振模式与矩形微带天线的共振模式是一样的,它们都是共振在TM10模式。将短路金属片置于矩形辐射金属片和接地平面时,其可将矩形辐射金属片的长度减半,达到缩小天线尺寸的目的,而在短路金属片的位置TM10模式的电场是等于零的。当金属片宽度比辐射金属片窄时,天线的有效电感会增加且共振频率会低于传统的短路矩形微带天线,因此缩小短路金属片的宽度,还可以进一步缩小PIFA天线的尺寸。,所分析模型的辐射金属片长度L1=L2=16Δd,辐射金属片距离接地平面的高度H=4Δd,其中Δd=4mm是在分析时天线模型长度和高度的变化单位。短路金属片的宽度W对谐振频率有着显著地影响,下图给出了谐振频率随着短路金属片的宽度W的变化曲线。从图中可以看出,谐振频率会随着短路金属片宽度的增大而增大。也就是说,对于相同的谐振频率来说,短路金属片越窄,辐射金属片的面积也就越小,从而通过减小短路金属片的宽度可以进一步缩小天线的尺寸。PIFA天线的谐振频率谐振频率和短路金属片宽度的关系另外,改变辐射金属片的长宽比也可以改变谐振频率,下图给出了辐射金属片的长宽比(L1/L2)对谐振频率的影响,从结果中可以看出,当其它宽度都固定,只改变L1的宽度,天线的谐振频率会随着L1/L2比值的增加而显著下降。谐振频率和辐射金属片长宽比的关系具体来说,上图所示为PIFA天线的谐振频率和辐射金属片的宽度L1、长度L2,短路金属片的宽度W以及辐射金属片的高度H密切相关。当短路金属片的宽度W和辐射金属片的宽度L1相等,即W/L1=1时,有:当短路金属片的宽度W=0时,有:式中λ表示谐振波长,fr表示谐振频率,c表示光速。对于任意宽度W的短路金属片,谐振频率可以由下式计算:或者:式中: