一种新型的 FICA 手机天线

精品论文大全一种新型的 FICA 手机天线王琦 电子科技大学物理电子学院，成都(610054) E-mail：wangqi117摘要：本文在已有的手机内置 FICA 天线的基础上，通过有效地改变其结构，在保持原天 线的回波损耗的情况下有效地降低天线面积和高度，设计出新型的 FICA 天线。该天线能够适用于现阶段的手机天线小型化发展趋势。 关键词：手机天线，FICA 天线中图分类号：O4511. 引言目前各种无线通信系统发展迅速，手机作为日常人们使用较多的通讯工具，在人们的生 活中起着越来越重要的作用。手机在发送接收信号时性能的好坏，一定成度上取决于手机天 线部分的设计。近几年内置手机天线以其低成本、易制作、尺寸小等优点受到手机研发人员 和手机厂商的青睐1 2。FICA（The Folded Inverted Conformal Antenna）是由 Motorola 天线实验室的 Carlo.D.Nallo 等人提出的一种新型的可应用于手机生产的天线结构3。由于 FICA 天线有三个谐振频率， 所以这种结构的天线相比于一般的 PIFA 天线而言带宽要宽一些。FICA 天线已经作为手机 内置天线被应用于生产中。由于FICA天线的厚度比较大，并不利于手机天线的小型化发展。本文在传统FICA的基 础上，根据手机天线小型化的需求，进一步对FICA天线的结构进行了优化，得到一种新型 的基于FICA结构的天线，有效地降低了原有FICA天线的面积和厚度，更利于手机的小型化 设计。2. FICA天线设计根据 FICA 天线的基本结构，如图 1 所示，设计出两个厚度不同的 FICA 天线，天线甲 介质基 片的尺 寸 ( 长 × 宽 × 高 ) 为 37.5×24×7.5 mm3 ，而 天线乙 的介 质 基片尺 寸为 r31×20×4.5mm3，基片的相对介电常数 均为 2.1。两天线仿真的 S11 参数结果如图 2 所示， 将厚度较低的 FICA 天线的三个谐振频率由低到高分别用 f1、f2、f3 来标记。由仿真结果可 以看出，随着 FICA 天线的高度降低，FICA 天线的三个谐振频率都要升高，这样不利于整 个天线结构的小型化设计。下面以低剖面的天线乙作为结构优化对象展开研究，讨论了不同结构对各个工作频率点 的影响，与原天线的实测 S11 参数结果加以对比，并在基础上对天线结构加以综合和优化， 最终设计出适用于手机的低剖面天线结构。- 4 -（a）贴片俯视图（b）天线结构侧视图图 1 FICA 天线的基本结构图0-5S11 (dB)-10-15-20LowprofileHighprofile-258001200160020002400Frequency (MHz)图 2 不同厚度 FICA 天线仿真 S11 参数根据文献3，最低谐振频率 f1 主要由馈电点与接地点的有效距离来决定的，可以通过 改变 FICA 天线馈电点和短路针之间的有效距离，从而使得天线的谐振频率 f1 降低。有关内 容可以参考相关文献。根据仿真分析发现 f2 的频率可以通过改变两臂之间的距离来改变，具体仿真版图如 图 3(a)所示，此天线与原始的低厚度 FICA 天线的 S11 实测结果比较如图 3(b)所示。由上图 可见，由于两臂的距离缩短，使得 FICA 天线 f2 降低。由于天线的馈电点与接地点之间的距离未发生改变，谐振频率 f1 几乎没有变化。f3 处的谐振特性得到一定的改善。0-5-10S11 (dB)-15-20-25-30-35Original-L Freq2-L800 1200 1600 20002400Frequency (MHz)（a）天线仿真版图（b）实测 S11 参数图 3 天线 Frequ2-L根据仿真分析和实际测试，发现通过增加 FICA 天线中心处贴片的面积，能够使得谐振频率 f1 和 f3 下降，且 f2、f3 能够形成一个较宽的工作频带。具体仿真版图及实测 S11 参 数对比结果如图所示：0-5-10-15S11 (dB)-20-25-30Original-L Freq3-L-35800 1200 1600 20002400Frequency (MHz)（a）天线仿真版图（b）实测 S11 参数图 4 天线 Frequ3-L综合以上三种将 FICA 天线三个谐振频率改变的有效途径，得到一种新的 FICA 天线的结构，使得 FICA 天线在厚度比较小的介质衬底下同样适用于作为手机天线。最终版图见 下图，下图为新结构的天线与原始天线的 S11 实际测量的比较，可以看出，通过改变 FICA 天线的结构，使得 FICA 天线在比较低的衬底上谐振频率降低，以使其能够适用于手机天线 的研发中。从 S11 参数的测试结果来看，该天线能够工作在 GSM 的 900MHz、1800MHz 和1900MHz 这三个工作频段。0-5-10-15-20S11 (dB)-25-30-35Original-L Final-L800 1200 1600 2000 2400Frequency (MHz)（a）天线仿真版图（b）实测 S11 参数图 5 天线 Final-L3. 总结本文在已有的 FICA 天线的基础上通过有效的改变其结构，并用实验证明了新结构的 FICA 天线能够在保持原天线的回波损耗的情况下，有效地降低天线的面积和高度，从而降 低了原天线的三个谐振频率，有效覆盖了 GSM 的三个工作频段，改进的 FICA 天线能够更 加适合现阶段的手机天线小型化发展趋势，适合于手机天线研究开发。参考文献1 施华, 舒琳, 王均宏等. 手机天线的研究进展 J. 移动通信, 2002, vol 11, 38-42. 2 Wong K L. Planar antennas for wireless communications M. New York: Wiley, 2003.3 Nallo C D, Faraone A. The folded inverted conformal antenna (FICA) for multi-band cellular phones C. InProc. of IEEE Antennas and propagation Society International Symposium, 2005, 52-55.A New Style of FICA Antenna for Cell PhoneWang QiSchool of Physical Electronics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu, PRC (610054)AbstractThis paper provides a new style of FICA antenna built in cell phone. Based on the original FICA, bychanging the structure of the antenna, we have designed the new FICA antenna with less size, while keeping the return losses. This FICA antenna is applicable for the developing tendency of cell phone antenna miniaturization.Keywords: cell phone antenna, FICA antenna作者简介：王琦，男，1981 年生，硕士研究生，主要研究方向微波滤波器、手机天线等。