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摘要如今，平面倒F天线由于其方便加工、造价低、组件少、便于实现多频等优点深受用户喜欢，是无线手机系统的主流应用之一。但是，传统的平面倒F天线带宽较窄，相对带宽一般仅8%。本文主要介绍如何使用HFSS设计和优化一种超宽带的平面倒F天线，其带宽扩展的方法主要是在辐射金属片和接地板中间增加矩型和L型寄生贴片，或者在辐射金属片上面开一个L型的槽，增加谐振点，从而达到扩展带宽的作用。设计出基本模型后，通过仿真，观察S11参数，史密斯圆图，增益曲线，不断优化参数，最终达到预期的效果。30917
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关键词:PIFA,UWB,HFSS
Title Design and Optimize by HFSS of a Slim UWB PIFAAntenna.
Abstract Nowadays, the planar inverted- F antenna is one of the main applications of wirelessphone system because of its easy processing, low cost, less components, easy toimplement multi-frequency, etc. However, the conventional planar inverted-Fantenna's bandwidth is narrow, only about 8%. This article describes how to useHFSS to design and optimize an ultra wideband planar inverted-F antenna. This paperis aimed at addressing this problem by adding an inverted-L-shaped parasiticelement and a rectangular parasitic element or etching a L-slot in the antennapatch. It is shown that due to the addition of this parasitic elements and L-slot,this PIFA can achieve a very wide bandwidth by optimizing S11 parameters, Smithchart and gain constantly.
Keywords PIFA HFSS UWB Antenna
目次
1 绪论.. 1
1．1 课题研究的背景及意义. 1
1.2 PIFA天线的应用现状..2
1.3 本文主要内容.. 2
2 天线辐射原理. 4
2.1 概述 4
2.2 电磁波产生 4
2.3 天线的辐射装置.. 5
2.4 传输线原理. 7
2.5 方向图原理. 8
3 PIFA天线基本原理分析.13
3.1 PIFA天线的基本结构13
3.2 PIFA的由来.13
3.3 PIFA天线的基本性能14
3.4 PIFA天线的带宽扩展技术.14
4 UWB系统的 PIFA天线设计.. 16
4.1 UWB 概述.16
4.2 超宽带 PIFA天线配置.16
4.3 天线设计和仿真结果分析. 17
4.4 设计总结 25
结论. 26
致谢. 27
参考文献.. 28
1 绪论1．1 课题研究的背景及意义1.1.1 课题背景移动通信系统在前十年里有了很大的突破。在 1995 年 10 月，欧洲总计约计 1900 万手机使用者。由于用户可以不受电缆的限制，并且可以在该系统的覆盖区域内的任何地方移动，企业和消费者都觉得第二代无线电通信系统具有很强的吸引力。对于蜂窝通信系统的需求量也会以更快的速度增长。据推测，到 2000 年全球无线行业的收益将会比 1000 亿美元更多。目前，一些基于线天线扩展的双频手机天线被推广起来。这些天线在原来的天线的基础上增加了一条导线让天线谐振在两个频率点。但是，由于内部天线具有坚固性和紧凑性等优点，更多的吸引力集中在了内部天线上。一些更小天线尺寸的内部手机天线现已研制。由于技术越来越先进，消费者对手机等无线设备的天线提出了越来越严格的要求，比如厚度薄、尺寸小、频带宽、工作在双频甚至多频等特点，所以，小型、超宽带的天线对消费者和研究员都有很大的吸引力。虽然微带天线由于具备结构简单、外形漂亮、体积小等优势，得到了消费者们广泛的青睐。可低增益、窄带宽的不足点也限制了微带天线的应用。平面倒 F 天线由辐射金属片、接地板、短路板、馈源组成，结构简单、重量轻、便于批量制造、易于集成、成本低，能满足现代移动通信系统对于天线的要求，因而平面倒 F 天线被广泛用于移动和便携式设备。1.1.2 课题意义随着移动技术的发展，现代移动通信系统的质量、容量等都发生了巨大的变化，工作于不同频段的现代移动通信系统应运而生。如在全世界里被推广起来的CDMA、GSM、 DCS、PCS等。以及渐渐替代第二代通信系统的 WCDMA、UMTS、CDMA2000 和 TD 一 SCDMA。除此之外，Bluetooth、DMB 等无线通信系统也逐渐出现，在通信领域发挥着巨大的作用。而对于不同频段的通信系统，总会存在与该系统匹配的收发天线，以达到最佳收发效率，这就给系统设计和改进带来了困难。此时，由于数字和射频技术巨大的发展，以及集成和小型化技术的突破，射频电路被更多人使用，整个系统的体积更小，成本更低。这些技术都使得移动通信系统朝着越来越发达的方向前进。而此刻，研究人员渐渐把着眼点放在了天线上，以此优化和提高系统的性能。除此之外，从市场的角度来看待整个移动通信系统，从 21 世纪以来，全世界每年有超过40%的用户使用蜂窝电话。现目前，有超过 20%的人都在使用移动电话。甚至，在未来的日子里，可能会有超过 35%的人拥有移动电话，这也证明了移动终端的使用范围将会大大提高移动通信系统的发展趋势将会无可限量，而这就要求设计出各种各样的、尺寸更小型化的、带宽更宽的、重量更轻的通信终端天线来满足市场的需求。