平面倒F天线的理论与实例-喻志远
手机平面倒F型天线PIFA的模拟分析(doc 50页)
手机平面倒F型天线PIFA的模拟分析(doc 50页)部门： xxx时间： xxx整理范文，仅供参考，可下载自行编辑本科畢業設計（論文）手機平面倒F型天線（PIFA）的模擬分析學院物理與光電工程學院專業電子科學與技術年級班別 2008（2）班學號 3108009196學生姓名鄭耀華指導教師吳多龍2012年6月摘要移動通信的迅猛發展，對應用於手機的天線提出了小型化、寬頻帶、多頻段工作等要求。
而平面倒F天線(Planar Inverted-F Antenna, PIFA)因其具有體積小、重量輕、剖面低、可內置、且易於加工等突出的結果特點以及能實現寬頻帶和多頻段的特性而在手機中得到了廣泛的應用。
隨著不同用途的需求，對手機天線性能的要求越來越高，準確分析PIFA天線的物理尺寸和性能參數的關係有越來越重要的作用。
對此，本文利用Ansoft HFSS模擬軟體研究了初始設定物理尺寸下PIFA天線的各個性能指標，並分析相關參數對天線性能影響。
論文論述了天線的基本概念和參數指標，討論了手機PIFA天線的基本結構和實現多頻段的設計方法。
在瞭解軟體Ansoft HFSS的天線模擬功能和模擬流程的基礎上，對一種雙頻（GSM/DCS）PIFA天線的設計方案進行了模擬分析。
最後，討論了該天線的高度H和貼片突出的長度對天線性能的影響。
本文的工作，不僅對手機PIFA天線的工程設計提出了一種有效模型結構，而且證實了使用Ansoft HFSS模擬軟體的天線模擬功能，能夠在其它更為複雜的天線工程設計中，進行更多的方案比較並縮短設計週期，降低研製成本。
最後，根據該天線模型結構製作實物，通過測試和不斷優化，得出結果與模擬結果相一致，可作為實際應用中手機天線。
關鍵字：PIFA，手機天線，HFSS，雙頻，模擬分析AbstractWith the rapid development of mobile communication, properties of miniaturization, broadband and multi-frequency for antennas in mobile phone are demanded. And planar inverted-F antenna (PIFA) coming out during these years has been rapidly and widely adopted because it has the structural advantages of small size, light weight, low profile, internally equipped, easily fabricated and mounted on the carrier. But, with the increased demands of antenna quality for different purposes, how to analyze the physical sizes and performance parameters of mobile phone antenna will be more and more important. So, this thesis used Ansoft HFSS software to do research about various performance indicators of PIFA in the initial settings of physical sizes, and analyze the related parameters for the influence on the performance of the antenna.The thesis introduced basic concepts and parameters of antenna, and discussed the basic structure and design of multi-band about the PIFA antennas of mobile phone. Be familiar with simulation function and simulation process of Ansoft HFSS software, did simulation analysis about the design of a dual-band(GSM/DCS) PIFA antenna. Lastly, the proposed antenna is experimentally studied, and effects of the height of the antenna and the extended top-patch portion on the performance of the antenna are discussed.The work of this thesis, not only provided an effective model structure of engineering optimized design of PIFA antenna, but also confirmed that functional simulation of Ansoft HFSS software can do optimization on design in more complex antenna projects, compared to more programs, it will ensure the precision and reduce the design cost. Finally, according to the antenna structure making physical model, through the test and continuous optimization, to obtain the result is consistent with simulation results and can be used as mobile phone in practical application.Key words：PIFA, Mobile Phone Antenna, HFSS, dual frequency, Simulation analysis目錄1 绪论 ...................................................................................................... 错误！未定义书签。
平面倒f天线工作原理
平面倒f天线工作原理平面倒f天线，这个名字听起来是不是有点拗口呢？它的工作原理可没那么复杂，咱们轻松聊聊就好了。
想象一下你在阳光明媚的日子里，拿着一个大碗，朝着太阳的方向举着。
那个大碗就是天线，它把阳光“收”进来，转化为热量。
平面倒f天线也是一样，只不过它在收发电波而已，听起来是不是有点炫酷呢？说到这个天线，它的形状就像个平面的大盘子，真是别致。
它的表面有很多小小的“槽”，这些槽像是天线的“耳朵”，专门用来捕捉信号。
想象一下，这些槽就像你在夜空中寻找星星，努力把每一个信号都收进来。
这种天线的设计非常聪明，能够在不同的频率下工作，像个万事通。
听着有点神奇吧？再说说这个“倒f”！听起来是不是像个调皮的孩子？倒f天线是根据字母的形状设计的，它的结构简单却又有效。
就像我们在生活中，常常会发现，简单的东西往往最有效。
你想想，喝水就是最简单的解渴方法，却总是最靠谱的。
这个倒f天线在无线通信中非常重要，能让信号传输得又快又稳，就像你跑步的时候不怕摔倒一样，稳稳的！你有没有注意到，在手机上打电话的时候，有时候信号特别好，有时候又让你心烦？这就是天线的功劳。
平面倒f天线可以把那些微弱的信号增强，让你的电话从“没信号”变成“满格信号”，是不是感觉一下子就有了“超能力”？这种天线常用于无线局域网，WiFi，甚至还有卫星通信，简直无处不在，像空气一样，虽然看不见，却无时无刻不在影响着我们。
平面倒f天线的制造也很有趣。
它一般是用金属材料做成的，金属的特性让它在电磁波的世界里表现得格外出色。
你可以想象它像个金属超级英雄，抵挡住各种电磁干扰，确保信号稳定。
这样一来，咱们在追剧、玩游戏的时候，就能体验到流畅的感觉，真是好得不得了。
说到应用，平面倒f天线的身影可真是随处可见。
在无人机、智能手机、车载系统等地方，它们都在默默地发挥着作用。
就像我们生活中的小助手，虽然不常被注意，但缺了它们，事情可就麻烦了。
这种天线的设计还特别容易和其他电子设备结合，简直就是天生一对，配合得天衣无缝。
手机平面倒F型天线PIFA的模拟分析(doc 50页)
手机平面倒F型天线PIFA的模拟分析(doc 50页)本科畢業設計（論文）手機平面倒F型天線（PIFA）的模擬分析學院物理與光電工程學院專業電子科學與技術年級班別2008（2）班學號3108009196學生姓名鄭耀華指導教師吳多龍2012年6月摘要移動通信的迅猛發展，對應用於手機的天線提出了小型化、寬頻帶、多頻段工作等要求。
而平面倒F天線(Planar Inverted-F Antenna, PIFA)因其具有體積小、重量輕、剖面低、可內置、且易於加工等突出的結果特點以及能實現寬頻帶和多頻段的特性而在手機中得到了廣泛的應用。
隨著不同用途的需求，對手機天線性能的要求越來越高，準確分析PIFA天線的物理尺寸和性能參數的關係有越來越重要的作用。
對此，本文利用Ansoft HFSS模擬軟體研究了初始設定物理尺寸下PIFA天線的各個性能指標，並分析相關參數對天線性能影響。
論文論述了天線的基本概念和參數指標，討論了手機PIFA天線的基本結構和實現多頻段的設計方法。
在瞭解軟體Ansoft HFSS的天線模擬功能和模擬流程的基礎上，對一種雙頻（GSM/DCS）PIFA天線的設計方案進行了模擬分析。
最後，討論了該天線的高度H和貼片突出的長度對天線性能的影響。
本文的工作，不僅對手機PIFA天線的工程設計提出了一種有效模型結構，而且證實了使用Ansoft HFSS模擬軟體的天線模擬功能，能夠在其它更為複雜的天線工程設計中，進行更多的方案比較並縮短設計週期，降低研製成本。
最後，根據該天線模型結構製作實物，通過測試和不斷優化，得出結果與模擬結果相一致，可作為實際應用中手機天線。
關鍵字：PIFA，手機天線，HFSS，雙頻，模擬分析AbstractWith the rapid development of mobile communication, properties of miniaturization, broadband and multi-frequency for antennas in mobile phone are demanded. And planar inverted-F antenna (PIFA) coming out during these years has been rapidly and widely adopted because it has the structural advantages of small size, light weight, low profile, internally equipped, easily fabricated and mounted on the carrier. But, with the increased demands of antenna quality for different purposes, how to analyze the physical sizes and performance parameters of mobile phone antenna will be more and more important. So, this thesis used Ansoft HFSS software to do research about various performance indicators of PIFA in the initial settings of physical sizes, and analyze the related parameters for the influence on the performance of the antenna.The thesis introduced basic concepts and parameters of antenna, and discussed the basic structure and design of multi-band about the PIFA antennas of mobile phone. Be familiar with simulation function and simulation process of Ansoft HFSS software, did simulation analysis about the design of a dual-band(GSM/DCS) PIFA antenna. Lastly, the proposed antenna is experimentally studied, and effects of the height of the antenna and the extended top-patch portion on the performance of the antenna are discussed.The work of this thesis, not only provided an effective model structure of engineering optimized design of PIFA antenna, but also confirmed that functional simulation of Ansoft HFSS software can do optimization on design in more complex antenna projects, compared to more programs, it will ensure the precision and reduce the design cost. Finally, according to the antenna structure making physical model,through the test and continuous optimization, to obtain the result is consistent with simulation results and can be used as mobile phone in practical application.Key words：PIFA, Mobile Phone Antenna, HFSS, dual frequency, Simulation analysis目錄1 绪论 ....................................................................................................... 错误!未定义书签。
一种新型平面印刷倒F天线
一种新型平面印刷倒F天线本文设计了一种新型平面印刷倒F天线，对传统的倒F结构进行改进，设计时利用曲流技术，通过将辐射枝节弯曲设计来达到天线谐振频率要求，减小了天线宽度和重量，且辐射体结构简单，不需附加匹配电路。
设计出天线的谐振频率为262MHZ，具有增益高、体积小、便于生产、重量轻等优点。
标签：倒F天线曲流技术枝节弯曲引言倒F天線是由四分之一波长单极子天线演变而来，把单极子天线的部分弯折90°后就形成倒L天线，它由垂直的短单极子和加载在单极子末端的水平部分组成，相当于给单极子天线增加了一个顶部负载，可以减小单极子天线的纵向尺寸。
鉴于有时对倒L天线有高度限制，导致其输入阻抗很小，与50欧姆同轴线匹配困难。
在倒L天线水平枝节的末端再增加一个倒L线段，就形成了倒F天线。
对于倒F天线而言，不需通过另外的电路，只要改变天线一些结构参数就可以实现匹配，从而简化了天线结构[1]。
一、新型平面印刷倒F 天線设计倒F天线是单频点天线常用的结构形式，本文以平面倒F天线为基础设计了一种工作在262MHz的新型平面印刷倒F天线[2]，该天线的基本结构如图1所示。
天线从接地端到开路端的长度为AB+BC+CD，接地点到馈电点的长度为AB+BC+CE，从馈电点到开路端的长度为EC+CD，通过调节A、B、C、D、E 五个点的位置改变上述各长度，从而改变天线的输入阻抗来实现阻抗匹配。
由于对天线尺寸有限制，如果采用上述传统的平面印刷倒F天线，辐射杆BD的长度大约在300mm左右，尺寸过大，不能满足设计要求。
利用曲流技术将天线顶部的部分辐射枝节由直线变为曲线，不改变天线辐射特性，将天线辐射杆长度减小到180mm左右，大幅度缩小了天线尺寸[3]。
曲流技术广泛应用于微带贴片天线，通过将天线贴片表面激励电流的路径弯曲，实现天线小型化[4]。
曲流技术使电流有效路径变长，由于天线的谐振频率随电流路径的长短而变化，路径越长天线谐振频率越低，因此利用这一概念可以控制天线频率，满足设计需要。
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主要小天线的带宽
Chu-Limit 一定天线体积与天线 相对带宽的关系
现代移动通信对天线的基本要求
现代通信面临的挑战 # Signal Reliability # Minimize signal loss # Combat multipath fading effects # Power requirements # Miniaturization: Low Profile # Data rates # Frequency utilization
IEEE TRANSACTIONS ON AP, VOL. 54, NO. 2, FEBRUARY 2006 p.384
开缝可以使PIFA天线工 作在多个频率下。 Integrated planar muernal Shorted Patch Antenna for a UMTS Folder-Type Mobile Phone
有限接地平面对PIFA天线的影响
有限天线是小天线的重要组成部分，它对天线的 电特性有重大影响。 有限接地平面将对天线的谐振频率，带宽，天线 增益，方向图，产生直接影响 设计者常需要对PIFA天线的尺寸，接地平面的 大小和其电特性之间作出折衷. 对无限大的接地平面，人们可以用镜像法来分析 接地平面对天线的影响，但有限大的接地平面， 其边缘的电流分布对场的辐射有重要贡献。
PIFA的特点
Advantages The PIFA has many advantages： easy fabrication, low manufacturing cost, and simple structure.
Disadvantages But the major disadvantage keep the basic PIFA from diverse application is its narrow bandwidth, The major limitation of many low-profile antennas is narrow bandwidth. Typical conventional PIFA’s have a 5% bandwidth, but advanced designs offer wider bandwidth.
分析模型
Transmission Line Model for Microstrip Antennas Cavity Model for Microstrip Antennas
MSA的Q值与基片的相对介电常 数介质的关系
一些天线的Q值
PIFA天线的背景
现代移动通信对天线的要求主要为以下几方 面： 1。小尺寸。 (Compact in size) 2。轻重量。(Light in Weight) 3。与设备共形。(Conformity with structure) 4。全向辐射。(Omni-Directional) 5。多频带工作。(Multi-Band Operation) 6。 低造价。(Low Fabrication Cost)
多工作频带PIFA
两个或两个以上工作频带便得移动通信更 加便利，以下是常见移动通信频段
GSM:Global System for Mobile; DCS:Digital Cellular Sytem; PCS: Personal Communication System; IMT: International Mobile Telecommunication ISM: Industrial , Scientifical, Medical
GA Method in the Design of PIFA
计算结果 2。1GHHz2.56GHz 电压驻波比 小于2的带 宽460MHz 19.5%
Chromosome 染色体 Mutate 变异
Internal PIFA for 2.4=5 GHz WLAN applications
Y.J. Cho, Y.S. Shin and S.O. Park
PIFA: Planar Inverted-F Antenna 平面倒F天线
平面倒F天线的理论与实例
喻志远 电子科技大学 2006.2.20
小天线的主要类型
1。Microstrip Antenna(MSA) 微带天线 2。PIFA：平面倒F天线 3。IL： 倒L天线 4。Monopole Microstrip Antenna单极微 带天线
PIFA天线基本结构
*The basic PIFA consists of a ground plane, a top plate element, a feed wire attached the ground plane and the top plate, and a shorting plane that is connected between the ground and top plate. *In general, the most frequently used method to broaden the bandwidth is to raise the height of shorting plane that is increasing the volume [2].
polytetrafluoral ethylene聚四氟乙烯
MSA特点
1. They are low-profile antennas. 2. They are easily conformable to nonplanar surfaces. Along with their low profile this makes them well suited for use on high-performance airframes. 3. They are easy and inexpensive to manufacture in large quantities using modern printed-circuit techniques. 4. When mounted to a rigid surface they are mechanically robust. 5. They are versatile elements in the sense that they can be designed to produce a while variety of patterns and polarizations, depending on the mode excited and the particular shape of patch used. 6. Adaptive elements can be made by simply adding an appropriately placed pin between the patch and the ground plane. Using such loaded elements, theantenna characteristics can be controlled.
Multiantenna development in one handset has become more and more common.
inverted “F” antenna (IFA)
Integrated Planar Multiband Antennas for Personal Communication Handsets
1。使用附加金属贴片的双谐 振电路技术。 2。加载高介电常数介质 3。加入贴片电阻以增加天线 负载，降低Q值 4。采用斜边顶板结构， 如图 示，辐射带宽可达16%
DESIGN OF A COMPACT PIFA FOR MOBILE PHONES *B.C. Kim, J.D. Park , and H.D. Choi Radio & Broadcasting Technology Laboratory, ETRI 161 Gajong-dong, Yuseong-gu, Daejeon 305-350 KOREA E-mail : bckima@etri.re.kr
微带天线 MSA
1。The length of the patch (L) is typically about a third to a half of a freespace wavelength (λο), .2。The dielectric thickness is in the range of 0.003λο to 0.5λο. 3。A commonly used dielectric for such antennas is polytetrafluoral ethylene (PTFE), which has a relative dielectric constant of about 2.5.
IEEE TRANSACTIONS ON AP, VOL. 53, NO. 10, OCTOBER 2005 p.3391
Universal Mobile Telecommunication System (UMTS)(1920－ 2170 MHz）
Multiband PIFA for WLAN Mobile Terminals IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS, VOL. 4, 2005 p.349
ELECTRONICS LETTERS 5th January 2006 Vol. 42 No. 1
2.4GHz…..110MHz 4.6% 5.GHz ……900MHz 18%
Optimization of PIFA-IFA Combination in Handset Antenna Designs Zhan Li and Yahya Rahmat-Samii, IEEE TRANSACTIONS ON AP VOL. 53, NO. 5, MAY 2005 p.1770