基于优化振子结构的4G多频段吸顶天线设计
一种多频段4G手机天线的优化设计
一种多频段4G手机天线的优化设计
陈应辉;曾文波
【期刊名称】《广西工学院学报》
【年(卷),期】2017(028)003
【摘要】基于单极子手机天线的原理,利用HFSS高频仿真软件优化设计了一款应用于4G手机的多频单极子平面天线.该天线由一个辐射臂和两个耦合枝节组成,通过U型与L型的折弯耦合枝节获得多频特性.在857 MHz～992 MHz和1 626 MHz ～3 000 MHz频率范围内,所设计天线的回波损耗小于-6 dB并具有良好的方向图特性,能满足移动终端在多个4G频段的应用要求.此外,还对天线进行了参数分析,得到了影响天线阻抗特性的敏感尺寸参数,对该类天线的设计具有一定的指导意义.
【总页数】5页(P92-96)
【作者】陈应辉;曾文波
【作者单位】广西科技大学电气与信息工程学院,广西柳州545006;广西科技大学电气与信息工程学院,广西柳州545006
【正文语种】中文
【中图分类】TN82
【相关文献】
1.一种简易结构地板开槽的多频段内置单极子手机天线的设计 [J], 黎宇彪;吴多龙;吴艳杰;栗建豪
2.一种多频段4G手机天线的优化设计 [J], 陈应辉;曾文波;
3.一种多频段单平面Monopole手机天线的设计 [J], 杨虹;侯春鹏
4.一种基于PIFA结构多频段手机天线的设计 [J], 刘瑾;丁智勇;刘桥
5.一种多频段单平面Monopole手机天线的设计 [J], 杨虹;侯春鹏
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全向吸顶天线优化设计研究
（ ４）自补矩状振子 口径不限于圆柱体形式 ，自补矩状振子 上端 口径大于或者等于下端 口径 ，有效提高吸顶天线方 向图主 瓣辐射角度 。倒圆锥振子 ｌ ７ 高度与４ 个辐射面ｌ ｌ 、ｌ ２ 、ｌ ３ 、１ ４ 高 度尺寸１ 高度比例约为１ ： ６ ，实现宽频带。倒锥形振子ｌ ７ 与Ｔ 形圆
｝ ＿ — 一． ＿一
图１高频覆 盖 对 比
高 ，双锥之 间连接固定性能差 ；单椎加球冠结构吸 顶天线 ，无
法 实现 高 低频 辐 射 的 一致性 ，无 法兼 容 ２ Ｇ、３ Ｇ、４ Ｇ等移 动 通信
（ ３） 高频和低频同步覆盖。①使用传统 天线 ，高频段 （ 如 ＷＣ ＤＭＡ和Ｌ Ｔ Ｅ）比低频段 （ ￣ Ｂ Ｇ Ｓ Ｍ和Ｃ ＤＭＡ） 的信号覆盖范围 小 ；②使用新型天线 ，高频段与低频段的信号覆盖范围一致 ，
统 ，实现 站 点 共 用 ，节 省工 程 资 源 ，且 结 构 简 单 ，易于 组 装 ， 材料 成本 低 等优 势
（ １ ）与现 有技 术 相 比 ．新 型室 内分 布系 统 全 向吸 顶 天线 具
新型室分全向吸顶 天线的技术方案是模具冲压成型形式 ，
天线 包括 自补 矩状 振 子 ｌ ，绝缘 座 ２ ，锥 形 振子 ３ 和 天线底 板 ４ 。 （ １ ）自补 矩状 振 子 ｌ 和 锥 形振 子 ３ ，两者 之 间 的尺 寸满 足 一 定 的比 例 关 系 时 便可 提 高 吸 顶 天 线 方 向 图主 瓣 辐 射 角度 ，增 加 天 线 水平 覆盖 距 离 。 （ ２）同时 采 用 自补矩 状 振 子 １ ，在 保 证 全 向 天线 性 能 的 前
来越高 ，对天线的性能和成本提 出了新的挑战与要求。
目前 ，传 统 的 室 内 吸 顶 天线 的 实 现 形 式 有 双锥 、单 椎 加 球
吸顶天线原理
吸顶天线原理吸顶天线是指安装在建筑物屋顶内部的一种天线，它能够有效地接收和发送无线信号，广泛应用于办公楼、商场、酒店等场所。
吸顶天线的原理是利用天线的接收和发射功能，将无线信号进行传输和覆盖，以实现无线通信的功能。
首先，吸顶天线的设计是基于天线的辐射原理。
天线是一种能够将电磁波转换为电信号或者将电信号转换为电磁波的装置，它可以实现无线通信的功能。
吸顶天线通过合理的设计和布局，能够在建筑物内部实现无线信号的全方位覆盖，提高室内的无线通信质量。
其次，吸顶天线的原理还涉及到信号的传输和增强。
在建筑物内部，由于墙体和隔断的存在，无线信号往往会受到阻挡和衰减，导致通信质量下降。
吸顶天线通过接收、放大和重新发射信号的方式，能够弥补信号的损耗，实现信号的增强和覆盖，从而提高室内的无线通信效果。
另外，吸顶天线的原理还包括多天线协同工作的技术。
在一些大型建筑物内部，为了实现更好的无线覆盖效果，通常会采用多个吸顶天线进行协同工作。
这些天线之间会进行信号的协调和优化，以实现整体覆盖效果的提升，保证室内各个区域的通信质量均衡和稳定。
此外，吸顶天线的原理还涉及到与基站的连接和协调。
在实际应用中，吸顶天线往往需要与移动通信基站进行连接，以实现对移动通信网络的接入和协调。
通过与基站的连接，吸顶天线能够获取更多的信号资源，实现更好的通信效果，同时也能够实现对移动通信网络的负载均衡和优化。
总的来说，吸顶天线是一种能够实现室内无线通信覆盖的重要设备，它的原理涉及到天线的辐射、信号的传输和增强、多天线协同工作以及与基站的连接和协调。
通过合理的设计和布局，吸顶天线能够实现室内无线通信覆盖的全方位和均衡，提高室内的无线通信质量，满足人们对高质量无线通信的需求。
一种共面结构的4G手机天线研究_孙建忠
（b）f=2.6GHz
（c）f=3.5GHz 图 7 天线的测试方向图
（下转第 90 页）
科技·探索·争鸣
Science & Technology Vision
科技视界
项目与课题
W= L
λe
Wq
=
Lq λe
（5）
∞
Σ 其中，顾客有效到达率为 λe ，且 λe = Pnλn 。 n=0
图 2 左侧接地枝节对天线性能影响
1 天线设计
1.1 天线结构设计
图 3 接地迂回枝节 L2 对天线性能影响
图 1 共面 4G 手机天线的结构参数
本文提出的接地板共面结构的 4G 手机天线结构如图 1 所示。 采 用介电常数为 4.4 的 FR4 介质材料作基体， 大小为 120mm×60mm，厚
图 2 为天线分别在左侧无接地枝节（形状 1）、只有一段接地枝节 （形状 2）和带有接地迂回枝节（形状 3）时的仿真曲线图，由图可知，当 天 线 没 有 接 地 枝 节 时 ，低 频 段 的 谐 振 频 率 点 约 为 1.13GHz，中 频 段 有 多 个 谐 振 点 ，6dB 阻 抗 带 宽 为 2.49GHz~3.38GHz. 当 天 线 只 有 一 段 接 地枝节时， 低频段的谐振点为 0.77GHz， 该谐振点处的回波损耗 为10.4dB，中频段的谐振点为 2.61GHz，高频段的谐振点为 3.62GHz，6dB 阻抗带宽为 2.51GHz~4.07GHz。 当天线带有接地迂回枝节时 ，低 频 段
右侧接地枝节对天线性能的影响如图 4 所示。 图 4（a）可见，当天 线右侧没有接地枝节或只有上端接地枝节时（形状 4 和形状 5），6dB 阻抗 带宽都比较窄， 低频段和中频段的谐振点都不处于 4G 无线通信频段。 当天线右侧只有中间接地枝节时（形状 6），低频段谐振点为 0.72GHz， 6dB 阻抗带宽能够覆盖 0.67GHz~0.78GHz，中频段和高频段的谐振点分 别为 2.59GHz 和 3.37GHz，6dB 阻抗带宽能够覆 2.49GHz~3.94GHz. 当 天线 右 侧 只 有 下 端 接 地 枝 节 时 （形状 7）， 低频段谐振点 为 0.73GHz， 6dB 阻抗带宽能够覆盖 0.68GHz~0.82GHz，中频段和高频段的谐振点分 别 为 2.75GHz 和 3.58GHz，6dB 阻 抗 带 宽 能 够 覆 盖 2.47GHz~3.97GHz. 图 4（b）表明当天线右侧有两段接地枝节时（形状 8、形状 9、形状 10）， 低频段谐振点均在 0.75GHz 附近，6dB 阻抗带宽均为 100MHz 左右，中 频段谐振点均在 2.6GHz 附近，高频段谐振点均在 3.4GHz 附近，6dB 阻 抗带宽均能基本覆盖 4G 无线通信主要频段. 研究结果表明天线右 侧 的 接 地 枝 节 可 以 较 好 地 改 善 阻 抗 匹 配 ，扩 展 带 宽 ，使 天 线 满 足 4G 无 线 通 信 需 求. 天 线 经 优 化 后 ， 最 终 确 定 的 尺 寸 参 数 为 ：L=99mm, L1= 5.5mm, L2=13.5mm, L3=15mm, L4=11mm, L5=38mm, L6=17mm, L7= 12mm, L8 =6mm, L9 =13mm, L10 =9mm, L11 =11mm,L12 =46mm,L13 = 5mm, W=60mm, W1=3mm, W2=11mm, W3=5mm, W4=6mm。
一种基于滤波器结构的多频振子天线设计
一种基于滤波器结构的多频振子天线设计张宇环;向小春;陈银平;刘伟栋;张宇琛;李少龙【摘要】为了解决对称振子圆极化天线工作带宽窄、不易实现宽频工作的问题,利用低通滤波器的特性,以实现天线宽频带工作为目的,提出了一种将对称振子天线的辐射振子与低通滤波器串联成一路辐射振子的方法,实现了一副天线在VHF频段、UHF频段及L频段3频同时以圆极化方式工作,大大提高了对称振子天线工作带宽;同时采用螺旋加载方式,实现了天线小型化设计的目的,通过仿真设计以及天线实测结构验证了所提方法的有效性.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2018(048)005【总页数】4页(P411-414)【关键词】振子天线;多频率工作;圆极化【作者】张宇环;向小春;陈银平;刘伟栋;张宇琛;李少龙【作者单位】上海航天电子技术研究所, 上海201109;上海航天电子技术研究所, 上海201109;上海航天电子技术研究所, 上海201109;上海航天电子技术研究所, 上海201109;上海机电工程研究所, 上海201109;中国电波传播研究所青岛分所, 山东青岛266107【正文语种】中文【中图分类】TN0150 引言天线是能够实现电磁波[1]发射和接收的装备，是无线通信系统中不可缺少的部分。
随着技术的进步，对天线[2]的要求越来越高：一方面要求天线增益高、带宽宽、甚至实现多频工作；另一方面，要求天线体积小、重量轻。
文献[3-4]介绍了多频微带天线的设计方法；文献[5-8]介绍了基于FDTD分析的宽频带印刷偶极子天线及馈电巴伦的设计方法；上海无线电设备研究所玄晓波基于振子天线以及Vivaldi天线原理设计了一种工作600 MHz/1 800 MHz的双频天线[9]；射频开关的应用给天线频率复用提供了有效借鉴，文献[10-12]给出了结合分布参数分析的滤波器的设计方法。
本文创新性地利用半钢电缆的分布参数，实现了UHF以及VHF频段的低通滤波特性，进而实现了天线的3频工作特性，并采用螺旋加载方式，实现了天线的小型化设计，HFSS软件仿真结果显示按照本文所述方法设计的天线在3个频段都具有较好的辐射性能。
4G_5GMassiveMIMO天线校准网络的研究与设计
摘要移动通信网络依赖天线的电磁波辐射来实现信号覆盖，天线的功能无可替代，其作用至关重要。
在2G时代，天线主要采用单极化（单通道）或双极化（双通道）的简单应用模式；在3G时代的TD-SCDMA体制，天线开始逐渐采用8通道的双极化智能天线；到了4G TD-LTE和5G时代，多通道阵列天线成为标配，其中，主流的5G Massive MIMO天线系统采用典型的64T/R收发通道应用模式，该天线系统的无源部分不仅包括了天线辐射阵列，还包括了天线校准网络。
Massive MIMO天线通过智能算法精确实现各硬件T/R收发通道的馈电幅度和相位分布，以产生所需的赋形波束方向图，其中，天线的校准网络用于检测和标校各个T/R收发通道的幅相分布，其性能至关重要，决定着Massive MIMO天线系统乃至5G移动通信网络的成败。
为此，本文选择Massive MIMO 天线校准网络作为研究课题。
当前，5G商用在即，同时，4G移动通信网络未来与5G通信系统将长期在网并存使用。
根据目前主流的实际应用需求：具有宽频的2.3GHz~2.7GHz的64T/R Massive MIMO天线系统涵盖了4G的B40频带（2.3GHz~2.4GHz）和5G FR1的N41频带(2.496GHz~2.69GHz)。
由此，结合应用背景和指标需求，本文提出了一种四模块微带线校准网络方案，设计了具有良好性能的多种无源电路部件（包括威尔金森功分器和低耦合高定向性耦合器），并将它们拼接组合实现了64通道、宽频带、低成本、易调试的天线校准网络，最终应用于实际的Massive MIMO天线。
针对宽频校准网络隔离度指标的设计难点，本文设计了电容等效的开路枝节进行补偿；针对高频和宽频状态下集总元件受寄生参数影响而发散的问题，本文设计了一种TRL校准电路来校准；针对屏蔽盖加载后，天线校准网络各通道幅相混乱和腔体谐振问题，本文提出了一种分腔方式来改善性能；针对部件物料加工公差、焊接和装配误差带来的耦合度离散问题，本文提出了采用一种介质柱填充法来微调性能。
4g路由器 分集天线布设要求
4g路由器分集天线布设要求4G路由器分集天线布设要求随着移动互联网的不断发展，人们对网络的需求越来越高。
4G路由器作为无线网络的一个重要设备，具有移动性强、覆盖范围广、安装方便等优点。
而分集天线作为4G路由器的重要组成部分，更是直接影响着网络的稳定性和传输速率。
因此，在布设4G路由器分集天线时，需要注意以下几点要求。
一、天线高度在布设4G路由器分集天线时，应注意天线的高度。
一般来说，天线的高度会影响到信号的传输范围和穿透能力。
因此，天线应尽可能高，以保证信号的稳定传输。
同时，天线的高度也应该考虑到安全因素，避免对人和物的伤害。
二、天线方向在布设4G路由器分集天线时，应注意天线的方向。
天线的方向与信号的传输方向有关，应根据实际情况进行调整。
一般来说，天线的方向应该与基站方向保持一致，以获得最佳的信号接收效果。
三、天线数量在布设4G路由器分集天线时，应注意天线的数量。
一般来说，天线的数量越多，信号的接收效果越好。
但是，天线数量过多也会影响到天线之间的干扰，从而降低网络的稳定性。
因此，在选择天线数量时，应根据实际情况进行调整。
四、天线位置在布设4G路由器分集天线时，应注意天线的位置。
天线的位置直接影响着信号的接收效果和传输速率。
一般来说，天线应尽可能远离电源和金属物体，以避免干扰。
同时，天线也应尽可能靠近需要覆盖的区域，以提高信号的覆盖范围和穿透能力。
五、天线角度在布设4G路由器分集天线时，应注意天线的角度。
天线的角度与信号的传输范围和穿透能力有关，应根据实际情况进行调整。
一般来说，天线的角度应与地面垂直，以获得最佳的信号接收效果。
六、天线距离在布设4G路由器分集天线时，应注意天线之间的距离。
天线之间的距离直接影响着天线之间的干扰和信号的传输速率。
因此，在选择天线距离时，应根据实际情况进行调整。
在布设4G路由器分集天线时，需要注意以上几点要求，以保证网络的稳定性和传输速率。
同时，也需要根据实际情况进行调整，以达到最佳的信号接收效果。
一种多频段4G手机天线的优化设计
（ ２ ５ ０ ０ ＭＨ ｚ ～ ２ ６ ９ ０ ＭＨ ｚ ） ． 每 个频 段 带 宽 与 回拨 损 耗 都 达 到 手机 天 线 的要 求 ， 即Ｖ Ｓ ＷＲ ≤３ ， Ｓ ≤一 ６ ｄ Ｂ且 每
个 波段 的增 益 都 大 于 ２ ｄ Ｂ， 辐 机 天 线 ， 这款天线结构简单 ， 通 过 增 加 寄 生 贴 片 与 主 天线 产 生 耦 合 激励 出 高 频 段 ， 达 到
小 型 化 和 激 励 出高 频 段 的 目的． 文献 ［ ３ ］ 介 绍 了一 款小 型化 六频 段 的 手 机 天 线 ， 其 特 点 是 减 少 馈 电 与 地 板
收稿 日期 ： ２ ０ １ ６ — １ ２ — ２ １
基金 项 目 ： 广 西 自然 科 学 基 金 项 目 （ ２ ０ １ ５ Ｇ Ｘ ＮＳ Ｆ Ａ Ａ１ ３ ９ ２ ８ ９ ） 资助． 通信作者 ： 曾文 波 ， 教授 ， 硕士生导师 ， 研究方向 ： 平面天线 ， Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ａ ｂ ｃ ９ ０ １ ７ ５ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
第 ２ ８卷 第 ３期 ２ ０ １ ７年 ９月
广 西 科 技 大 学 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＧＵＡＮＧＸＩ ＵＮＩ ＶＥＲＳ Ｉ ＴＹ ＯＦ Ｓ ＣＩ Ｅ ＮＣＥ ＡＮＤ Ｔ ＥＣＨＮＯＬ ＯＧ Ｙ
Ｖｏ １ ． ２ ８ Ｎｏ ． ３ Ｓ ｅ ｐ ． ２ ０１ ７
１ 单极 子 手 机 天 线 的 基本 原 理
单极子天线又称直立天线 ， 是 垂 直 于 地 面 或者 导 电平 面架 构 的天 线 ． 单 极 子 天线 具 有理 想 偶 极 子 的 优
良特性 ， 如： 带 宽宽 ， 辐 射 性 能 稳 定 等特 点 ， 所 以现 今 成 为 手 机 天 线 的 主 流选 择 ｌ ５ ］ ． 单 极 子 天 线 是 通 过 电 磁 场 理论 的镜 像 原 理 ， 把无 限 大 的地 面 当成 天 线 的另 外 一 臂 ， 等 效 成 理 想 的偶 极 子 ， 再 通 过 理 想 偶 极 子 的 理 论 来 推导 出单 极 子 天线 的辐 射 场 ， 远 场方 向 图 函数 等 ． 单 极 子 天线 的结 构 图和 等 效 图如 图 １ 、 图 ２所 示 ．
小型化多频段宽带4G5G手机天线和基站天线的研究与设计
数值分析
3、基站天线仿真分析基站天线的仿真分析同样可以采用类似的建模和分析方 法。通过仿真软件可以模拟不同类型和参数的基站天线在不同环境下的信号覆盖 范围、信号质量以及数据传输速率等性能指标。根据实际需求进行优化设计，可 以提高基站的信号覆盖范围和通信质量。
数值分析
结论本次演示介绍了小型化多频段宽带4G5G手机天线和基站天线的研究与设 计。通过分析市场需求和设计目标，探讨了天线的选择和设计原则。针对4G和5G 手机天线的结构和工艺进行了详细阐述，并通过数值分析验证了天线的性能表现。 对于基站天线部分，本次演示也介绍了其结构和工艺以及数值分析方法。
3、高效性能：由于基站天线需要满足高效率的要求，因此需要研究如何提高 天线的效率。
4、集成化设计：由于基站天线需要集成多个元件，因此需要研究如何提高天 线的集成度。
三、结论
三、结论
基站天线的小型化技术是当前通信领域的研究热点之一。对于宽带基站天线 的小型化技术，需要从宽带性能、多频段性能、高效性能和集成化设计等多个方 面进行深入研究。随着新材料、新技术和新工艺的不断涌现，相信未来会有更多 的研究进展和创新出现，推动基站天线的小型化技术不断向前发展。
谢谢观看
5、基站天线的结构和工艺
5、基站天线的结构和工艺
基站天线主要包括定向天线、全向天线和智能天线等。定向天线可以定向传 输信号，提高信号质量；全向天线则可以在水平面上均匀辐射信号；智能天线则 可以通过多个天线元素的相位和振幅调整，提高信号质量和数据传输速率。
数值分析
数值分析
为了验证手机天线和基站天线的性能，需要进行数值分析。常见的分析方法 包括仿真分析和实测分析。通过仿真分析可以预测天线的性能并进行优化；实测 分析则可以验证天线的实际性能并进行改进。
《2024年移动通信多频阵列天线设计与阵列优化》范文
《移动通信多频阵列天线设计与阵列优化》篇一一、引言随着移动通信技术的飞速发展，对多频阵列天线的设计与优化已成为研究热点。
移动通信多频阵列天线能够同时支持多个不同频段的通信需求，具有高效率、高可靠性、高集成度等优点。
本文旨在探讨移动通信多频阵列天线的设计与阵列优化，为移动通信技术的发展提供理论支持和实践指导。
二、多频阵列天线设计1. 设计需求分析设计多频阵列天线时，首先要分析系统对频段覆盖、天线增益、极化方式等关键参数的需求。
结合实际的应用场景和设备性能指标，制定相应的设计目标。
2. 阵列结构选择根据设计需求，选择合适的阵列结构。
常见的阵列结构包括线性阵列、平面阵列等。
在设计中需考虑阵列规模、单元间距、辐射方向等因素。
3. 单元设计单元设计是多频阵列天线设计的关键环节。
要结合工作频段、极化方式等要求，设计出适合的单元结构。
常见的单元结构包括微带贴片、偶极子等。
4. 仿真与优化利用电磁仿真软件对设计进行仿真分析，通过调整参数优化天线性能。
同时，结合实际测试结果进行迭代优化，确保天线性能满足设计要求。
三、阵列优化技术1. 波束赋形技术波束赋形技术是提高阵列天线增益和方向性的重要手段。
通过调整阵列中各单元的激励幅度和相位，使波束在特定方向上达到最大增益。
此外，还可以通过优化算法进一步降低副瓣电平，提高抗干扰能力。
2. 数字波束成形技术数字波束成形技术通过数字信号处理实现波束成形。
该技术可灵活调整波束方向、增益和带宽等参数，适用于复杂的通信环境和多样化的应用需求。
3. 阵列校准与自适应技术阵列校准技术用于消除阵列中各单元之间的幅度和相位误差，提高阵列的辐射性能。
自适应技术则可以根据实际通信环境调整阵列参数，以适应信道变化和干扰。
四、实验与结果分析为了验证本文所提多频阵列天线设计与优化的有效性，我们进行了实验测试和分析。
首先，根据设计需求制作了多频阵列天线样品；然后，在实验室环境下进行性能测试；最后，将测试结果与仿真结果进行对比分析。
用于WiMAX和4G网络的多频天线设计
用于WiMAX和4G网络的多频天线设计
崔文杰;冯青政;王辂;冯立营;郑宏兴
【期刊名称】《天津职业技术师范大学学报》
【年(卷),期】2016(026)003
【摘要】针对无线设备的发展需求,设计了一种可用于无线局域网和第4代移动通信的多频段天线.该天线采用矩形微带天线结构,通过改变同轴线的馈电位置,并在边缘开一个L形槽,使它在1.94 GHz、2.54 GHz、3.1 GHz和3.4GHz的频段能够有效工作,且拥有一定带宽,满足系统对频率的要求.利用电磁仿真软件,研究了馈电位置、槽的位置及其形状和尺寸对天线性能的影响,实验验证了所设计天线的性能.【总页数】4页(P36-39)
【作者】崔文杰;冯青政;王辂;冯立营;郑宏兴
【作者单位】天津职业技术师范大学天线与微波技术研究所,天津300222;天津职业技术师范大学天线与微波技术研究所,天津300222;天津职业技术师范大学天线与微波技术研究所,天津300222;天津职业技术师范大学天线与微波技术研究所,天津300222;天津职业技术师范大学天线与微波技术研究所,天津300222
【正文语种】中文
【中图分类】TN822
【相关文献】
1.覆盖WLAN/WiMAX的多频微带天线设计 [J], 苗卫强;鲁宇明
2.用于WiMAX和4G网络的多频天线设计 [J], 崔文杰;冯青政;王辂;冯立营;郑宏
兴;
3.一种用于车用无线通信的多频天线设计 [J], 刘晓伟;安永丽
4.一种用于移动终端的多频段天线设计 [J], 王科
5.一种用于移动终端的多频段天线设计 [J], 王科
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4G智能手机天线设计的解决方案
4G智能手机天线设计的解决方案-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII4G智能手机天线设计的解决方案2010年全球移动数据消费量增长了倍。
这是移动数据使用量连续三年接近3倍的增幅。
到2015年，全球移动数据业务量有望增长到2010年的26倍。
导致这种戏剧性增长的关键因素之一是智能手机和平板电脑的快速普及。
全球移动数据用户希望他们的设备在全球任何地方都能高速联网。
这种期望给网络和设备性能带来了巨大的负担。
在移动数据设备中，天线是“接触”网络的唯一部件，优化天线性能变得越来越重要。
然而，智能手机和平板电脑中的4G天线设计所面临的挑战十分艰巨。
尽管应对这些挑战有多种可行的解决方案，但每一种都会有潜在的性能折衷。
4G天线设计挑战有许多因素会影响手持移动通信设备的天线性能。
虽然这些因素是相关的，但通常可以分成三大类：天线尺寸、多副天线之间的互耦以及设备使用模型。
天线尺寸天线尺寸取决于三个要素：工作带宽、工作频率和辐射效率。
今天的带宽要求越来越高，其推动力来自美国的FCC频率分配和全球范围内的运营商漫游协议；不同地区使用不同的频段。
“带宽和天线尺寸是直接相关的”且“效率和天线尺寸是直接相关的”--这通常意味着，更大尺寸的天线可以提供更大的带宽和更高的效率。
除了带宽外，天线尺寸还取决于工作频率。
在北美地区，运营商Verizon Wireless和AT&T Mobility选择推广的LTE产品工作在700MHz频段，这在几年前是FCC UHF-TV再分配频段的一部分。
这些新的频段（17,704-746MHz和13,746-786MHz）比北美使用的传统蜂窝频段（5,824-894MHz）要低。
这个变化是巨大的，因为频率越低，波长越长，因而需要更长的天线才能保持辐射效率不变。
为了保证辐射效率，天线尺寸必须做大。
然而，设备系统设计人员还需要增加更大的显示器和更多的功能，因此可用的天线长度和整个体积受到极大限制，从而降低了天线带宽和效率。
应用于4g通信系统中多频段手机天线系统的研究.pdf
第３章手机天线设计基础
本章主要介绍手机天线的几种常用形式以及关于手机天线设计的一些基础知识。
第一部商用手提蜂窝手机是摩托罗拉的ＤｙｎａＴＡＣ８０００Ｘ，是１９８３年发明的，如图３．１所示。
这款手机采用的是鞭状偶极子天线，这种天线形式在现代手机设计中已经基本不用，但是在无线ＬＡＮ接入设备中仍然会采用这种形式的天线。
随着技术的进步和发展，手机天线的发展趋势也是越来越小。
天线的形式也由外置天线逐渐转变为内置天线。
图３·１摩托罗拉ＤｙｎａＴＡＣ８０００Ｘ
３．１外置天线
在手机天线发展的初期阶段，天线一般都是外置天线形式。
外置天线是手机天线家族里最先出现的，图３．１中的天线即为当时外置天线的典型代表。
不过，外置天线在手机中的应用没多久就被内置天线取代了。
现代手机中外置天线的应用很少。
不过随着ＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ．ｉｎｐｕｔａｎｄｍｕｌｔｉｐｌｅ—ｏｕｔｐｕｔ）技术的发展，外置天线在不久的将来或许会有新的发展。
外置天线在设计方面还有很成熟的技术，而这些技术可以应用在内置的单极子天线和陶瓷天线的设计中。
外置天线主要分为两大类，一种是粗短天线［１４’１５】，另外一种是鞭状可伸缩天线【ｌ６１。
粗短天线从手机中延伸出来，不过是没有可伸缩部分。
在早期的外。
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基于优化振子结构的4G多频段吸顶天线设计作者：张建斌来源：《移动通信》2016年第06期【摘要】为解决4G网络室内分布全向吸顶天线覆盖半径小、覆盖能力差的问题，通过对传统室分天线结构和辐射性能进行深入研究，设计了一款可同时兼容GSM、TD-SCDMA、TD-LTE、WLAN等多种制式的新型吸顶天线，克服了传统室分天线在TD-LTE频段上覆盖能力差的缺点，从而大幅度提升室分系统TD-LTE的覆盖性能。
【关键词】振子优化多频段室分天线吸顶天线doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.06.016 中图分类号：TN929.53 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2016）06-0071-04引用格式：张建斌. 基于优化振子结构的4G多频段吸顶天线设计[J]. 移动通信， 2016，40（6）： 71-74.1 引言TD-LTE网络建设与运营将是运营商未来数年的重中之重，面对复杂的城市无线环境，室内分布系统建设是必不可少的覆盖解决方案。
现网室分系统存在TD-LTE频段上覆盖能力不足的问题，通常采用增加吸顶天线密度或提升天线口输入功率的方法来加强TD-LTE信号覆盖效果，但由此又产生了建网成本增高与改造施工协调难的问题。
基于此，本文通过对传统室分天线结构和辐射性能进行深入研究，优化设计了一款新型吸顶天线。
2 研究背景随着TD-LTE室内分布系统的建设逐步深入，多系统简单合路引起的2G/3G/4G信号有效覆盖区域不一致问题、TD-LTE系统覆盖能力和业务分流能力差问题将会越来越突出。
问题的原因在于现网大量使用的全向吸顶天线是针对900MHz频段做的优化设计，可较好地保证其覆盖半径和信号强度；但对于TD-SCDMA和TD-LTE频段（1900—2500MHz），其信号辐射能量主要集中在天线正下方30°范围内，最终导致其覆盖半径大幅缩小，覆盖能力严重下降。
针对上述问题，目前的解决方法是增加吸顶天线布放密度或者提高天线口输入功率来加强信号覆盖效果，但由此又产生了建网成本增高、改造施工协调难度大、室分系统美观度下降和用户感知度下降等问题。
传统室分天线不同系统覆盖范围示意图如图1所示：传统吸顶天线辐射方向图分析：从表1可以看出，传统吸顶天线在900MHz和2000MHz 的最大辐射方向相差40°～50°；不同频段不同辐射角度增益差值也比较大，从表2可以看出传统吸顶天线在GSM900和TD-LTE在85°方向上其增益相差4.14dB（注：法线方向通俗来说就是天线正下方的垂直线）。
通过分析当前室分系统的覆盖问题，围绕传统室分天线在不同频段上的性能缺陷，提出了重新优化设计室分天线的解决思路。
该天线适用于800—2500MHz频段，能够兼容GSM、TD-SCDMA、TD-LTE、WLAN等多个系统，并且在设计频段内其性能指标应保持一致。
本项目通过重新优化设计天线振子结构、实验室仿真设计、微波暗室测试、多场景下的试点验证等工作，完成这款适用于四网协同覆盖的新型吸顶天线。
3 理论研究与准备（1）设计一款上弧体下锥体辐射结构的吸顶天线，以提升TD-SCDMA/TD-LTE频段的覆盖能力，使不同频段的辐射场图趋于一致，平衡了2G/3G/4G系统的覆盖水平。
重新优化设计室分天线的内部结构，通过半圆形反射弧设计，释放高频信号向周边辐射；通过二级锥结构，提升高、低频信号辐射匹配，增加了天线最大辐射方向调整点，尤其在4G 频段的最大辐射方向角由30°～45°提高到60°～85°，在85°方向上其有效辐射增益提升了4～5dB，并且也确保了新天线在2G/3G/4G频段的覆盖效果的一致性。
（2）提出了一种降低吸顶天线互调干扰的方案，大幅降低了室分天线的三阶互调水平。
重新优化设计天线的馈电方式，采用一体化馈电线缆，提升了产品工艺水平，并确保吸顶天线互调低且稳定性好。
◆使用的是一体化线缆半柔线缆，外导体整体进行过镀锡处理，自身三阶互调低且弯折互调稳定；◆对转接头进行整体电镀，镀三元合金，要确保电镀质量；◆线缆与转接头采用高频自动电焊机焊接，要确保焊接质量，线缆外导体与转接头内壁充分过锡焊接。
传统的吸顶天线互调一般在-90dBm左右，而本成果天线的互调值经抽样测试，一般在-107dBm左右（注：互调测试信号源+33dBm）。
（3）引入60°～85°锥面内的平均增益指标，完善评估体系。
提出了评估室分吸顶天线覆盖能力的有效方法，引入60°～85°锥面内的平均增益指标。
该指标可作为高性能全向吸顶天线覆盖能力的重要评估参数之一，它的引入将是对室分覆盖相关技术标准的一个重要补充。
4 详细技术内容要解决现网室分系统TD-LTE频段覆盖能力不足，和2G/3G/4G信号有效覆盖区域不一致问题，必须同时解决以下问题：（1）提升TD-SCDMA和TD-LTE的最大辐射方向夹角（即主增益方向与天线法线方向的夹角），尽量与GSM最大辐射方向一致。
（2）提高TD-SCDMA和TD-LTE法线夹角大于60°方向的增益值。
针对上述室分天线问题，设计开发TD-SCDMA/TD-LTE新型室分天线，提升天线在该频段的最大辐射方向和天线增益。
该天线适用于800—2500MHz频段，能够兼容GSM、TD-SCDMA、TD-LTE系统，其中在1710—2500MHz频段内，最大辐射方向与天线法线夹角在60°以上，增益在4dBi左右。
针对上述传统室分天线问题，设计开发的TD-SCDMA/TD-LTE新型室分天线重点提升天线在该频段的最大辐射方向和天线增益。
该天线适用于800—2500MHz频段，能够兼容GSM、TD-SCDMA、TD-LTE、WLAN等系统。
4.1 辐射单元结构设计传统天线的辐射单元结构形式是一个单锥结构体加平面反射板结构，本项目基于电磁场半波振子理论，设计天线辐射场图垂直辐射面呈“∞”形状来实现最大辐射夹角的最大化，水平辐射面呈“○”形状来实现水平方向上的均匀辐射；同时，对辐射振子进行锥形化处理来扩展带宽。
如图2所示，通过重新设计吸顶天线辐射单元的结构形式，将传统的平面反射板改进为半圆形反射弧来释放高频信号向周边辐射，同时调整单锥结构为二级锥结构，调整锥高和锥角，以进一步提升TD-SCDMA和TD-LTE频段天线的天线最大辐射，并可完成辐射阻抗匹配。
重新进行能量分布设计，使该方向上的增益值较传统吸顶天线提升4dBi左右，并高于GSM频段增益值。
基于用户感知度和可接纳性，对新型吸顶天线进行外观设计时，控制天线总体积与现网使用的吸顶天线总体积相当，避免进行现网天线替换时产生用户恐惧和抵触心理，降低物业协调难度；采用与现网使用的吸顶天线相同的安装方式，便于后期对现网天线进行直接替换，降低工程施工难度。
4.2 新型吸顶天线指标实验室测试在128探头高精度天线测试场，对传统吸顶天线和新型吸顶天线进行辐射性能对比测试，特征频段最大辐射方向对比如表3所示。
可以发现，在低频的900MHz频段，新型吸顶与传统吸顶基本一致；在1800—2480MHz的高频段，传统吸顶天线辐射场图向正下方集中，而新型吸顶天线辐射场图向两侧扩散明显。
新型天线在高频段的辐射场图相比传统天线，频率一致性会更好。
统计辐射性能测试最大辐射方向及不同角度方向的增益如表4所示。
通过表3和表4可以得出：新型天线高频信号最大增益方向角度实现大幅提升，大角度锥面（60°～85°方向）增益大幅提升，达到天线性能指标的设计要求。
4.3 方案衍生性研究根据之前的设计思路，还做了产品系列化的研究和设计，并有一项方案衍生性的设计方案。
该方案利用缝隙结构天线和无源馈电原理，在第一种方案的基础上进行衍生设计，满足天线性能指标设计要求，并已申报相关专利成果。
4.4 网络应用效果验证本项目成果天线完成设计和实验室性能测试后，已在全国多个省份应用。
下面为某小区地下停车场进行的单天线对比测试。
覆盖效果对比如表5所示，上传和下载速率对比测试如表6所示。
综上所述，通过以上的测试验证可知，新型室分天线的覆盖电平、上传和下载速率等各项网络指标均明显优于传统室分天线。
5 结束语本文通过对传统室分天线结构和辐射性能的研究，优化设计了一款新型吸顶天线，克服了传统室分天线在TD-LTE频段上覆盖能力差的缺点，并能同时兼容GSM、TD-SCDMA、TD-LTE、WLAN等多种制式。
在整个设计频段内（800—2500MHz），其覆盖能力（辐射场图）基本一致，提升了室分系统TD-LTE的覆盖性能，可有效改善用户的感知度。
此外，由于减少了布放点位和工程施工量，在一定程度上避免了因大密度的天线布放和工程施工带来的业主的抵触心理，降低了物业协调难度，从而改善了物业业主对运营商室分系统的可接受度和认可度。
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