论文导读：1.引言随着科学技术的发展，无线通信系统的通信容量也得到了大幅度的提升，且人们已经越发依赖于在移动环境下进行电子商业和多媒体娱乐，这需要相应的无线网络作为支撑。为了适应WCDMA的各项技术指标要求，一个良好的WCDMA移动终端天线，需要在更宽的带宽内稳定的工作，出于移动通信设备便携性方面的考虑，天线的尺寸需要大幅度缩小，且天线应当具有良好的方位图以及增益效果。考虑到高Q值的因素，微带天线普遍存在工作频带较窄的缺陷，而展宽频带往往需要增大天线辐射贴片的尺寸，如何在减小天线几何尺寸的情况下而不会导致其工作带宽变窄，则是本文研究的一个重点。
关键词：无线通信，WCDMA，PIFA，宽频带
1.引言随着科学技术的发展，无线通信系统的通信容量也得到了大幅度的提升，且人们已经越发依赖于在移动环境下进行电子商业和多媒体娱乐，这需要相应的无线网络作为支撑。因此世界各地的研究机构竞相开展第三代移动通信系统（3G）的研发。为了适应WCDMA的各项技术指标要求，一个良好的WCDMA移动终端天线，需要在更宽的带宽内稳定的工作，出于移动通信设备便携性方面的考虑，天线的尺寸需要大幅度缩小，且天线应当具有良好的方位图以及增益效果。
WCDMA需要覆盖较宽的带宽，为了增加集成度，天线本身的体积需要尽可能的减小，且不失其性能。对于应用在航空航天领域的天线，其外形结构还需制造成流线型。对于民用无线网络设备，平面天线需要制作成轻巧美观的样式。设计应用于3GPP协议下的WCDMA移动终端的平面倒F天线，并且使天线的几何尺寸以及电气参数达到对应的技术要求，具有广阔的研究前景和巨大的现实意义。考虑到高Q值的因素，微带天线普遍存在工作频带较窄的缺陷，而展宽频带往往需要增大天线辐射贴片的尺寸，如何在减小天线几何尺寸的情况下而不会导致其工作带宽变窄，则是本文研究的一个重点。
本文设计出了一种新型的应用于WCDMA移动终端的平面倒F结构天线，具有结构简单，便于调节，尺寸较小的特点。采用基于有限元算法的商用电磁仿真软件对天线S11参数，辐射方向图等天线特性进行计算机仿真，分析模拟天线不同尺寸的短路贴片对天线性能的影响，证明了计算机辅助设计可以有效地指导平面倒F结构天线的设计过程。
2 天线的设计及仿真
平面倒F天线具有尺寸小，重量轻，效率高，结构简单，分析方法清晰的优点，成为了研究的热门，因此我们选择平面倒F天线作为设计原型。出于便携移动设备的特点以及对集成度高的要求，人们需要想方设法在减小其结构尺寸的同时又不影响其带宽，效率等工作参数，在以往的工作与实践中，人们总结出了多种行之有效的减小天线尺寸的方法，如采用1/4波长贴片天线，采用特殊材料基片，在微带天线上加载短路探针，通过与馈点接近的短路探针在谐振空腔中引入耦合电容以实现小型化，采用表面开槽贴片或者地板刻槽技术，采用特殊贴片形式等等，本文则采用在短路片上开创的方法来实现减小平面倒F天线尺寸的目的。免费论文网。
本文提出了一种新型的运用于WCDMA终端设备的平面倒F结构的天线，对天线采用同轴探针馈电方法，在天线左侧短路贴片处开了两个矩形窗口，该天线相比于文献【7】中的结构简单，比文献【8】中的辐射贴片尺寸更小，本文对天线的S11参数，天线的辐射方向图进行了电磁仿真。
本文所采用的天线结构如图1所示，基板厚度设为h，为了降低天线Q值，展宽频带，基片采用空气填充。免费论文网。天线采用同轴—探针进行馈电。经过大量电磁仿真，发现在本天线结构中，馈电点的位置与中心频率有关联，一般馈电点离短路片距离越大，谐振频率越高，反之亦然。当馈电点在距离天线开路端10.5mm时，天线谐振在2.1GHz附近，根据WCDMA天线的设计要求，天线的馈电点应设在此处。
  
图1 天线结构
Fig. 1 The antenna structure
天线结构的短路贴片对天线的工作带宽，谐振频率和S11参数都有影响，短路贴片越宽，天线的工作频带越宽，但是谐振频率也会发生偏离，且S11会降低。若要保持天线工作在2.1GHz附近和较低的S11值，我们在平面倒F天线的短路贴片上开两个矩形槽，则可以在减小辐射贴片长度的前提下，天线可以在WCDMA移动终端要求的所有频率下正常工作。微带贴片天线有工作频带窄的缺点，这是由于平面微带天线的高Q值决定的。如果在天线的辐射贴片和接地板之间填充高相对介电常数的介质，则会引起表面波影响加大。天线储能比空气情况下增大则导致Q值增大，天线频带变窄，为了尽可能展宽天线频带，提高工作效率，本文选择了基板以相对介电常数为1的空气代替。
经过大量仿真实验，本文设计的平面倒F天线的几何参数如下（参数值与图1对应）：
W=70mm，L=60mm，w=40mm，l=32mm，h=10mm，t1=13mm，t2=8mm，s=6mm，其中，W和L分别为接地板的长和宽，，馈点位于辐射贴片对称线上，距离开路端为10.5mm，采用50Ω同轴线进行馈电，探针半径我们选择为0.5mm，辐射贴片和短路片均采用厚度为0.2mm的铜片，基片采用空气填充。
3 天线的仿真结果
用商用电磁场模拟软件进行仿真实验，设定中心频率为2.045GHz，扫频范围是1.6GHz~2.8GHz，频率间隔为0.002GHz，图2是S11参数的仿真结果，如图所示，以小于-10dB定义的频宽，天线的S11参数完全覆盖了WCDMA的全部工作频段。图3是天线在自由空间的辐射方向图，分别是WCDMA移动终端的发射频段（1.92GHz~1.98GHz）和接收频段（2.11GHz~2.17GHz）中心频点的立体场分布图，从以上两幅图中可以看出，天线的辐射方向图良好，由于受到接地板反射作用的影响，因此符合平面倒F天线的一般特点。免费论文网。
图2 天线S11随频率变化图
Fig. 2 S11 changed withfrequency
图3 天线辐射立体图
Fig. 3 3D-Photo of Antenna Radiation
在仿真中我们还发现，调节该平面倒F天线的底板尺寸，可以改变该天线的工作频带，底板尺寸越小，工作频宽越大，为增加天线工作带宽起到一定的指导作用。
4 结语
通过对应用在WCDMA移动终端的平面倒F天线进行研究，并且通过一系列对天线结构的改进，所设计出的天线的带宽，增益，效率等指标均达到了3GPP的技术要求，能够运用于WCDMA移动终端中，以往常用的减小天线尺寸的方法是在辐射贴片上刻各种形状的槽，而本文通过对天线结构中短路贴片的几何结构与天线各项技术指标之间关系进行总结，为研制出更加高效的平面倒F天线留下潜力，具有一定的理论和现实意义。
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