在介绍三频段小型化平面单极子印刷天线的相关知识点前,需了解天线的基本概念。天线是无线通信中重要的组成部分,负责发送和接收电磁波信号。天线的性能直接影响到无线通信的质量,因此设计一款性能良好的天线是无线通信领域的一项重要任务。
本次研究中,所设计的天线为一种三频段线极化平面天线,采用了单极子的基本结构,并且仅使用一个馈电点。单极子天线的优势在于结构简单、成本低廉、易于大规模生产。通过在主辐射片上添加缝隙,实现了多频段的工作能力,天线的辐射片尺寸被设计为10mm*40mm,天线的制造方法为印刷制造,这种方法制造简单且成本低廉,这在小型化天线设计中极为重要。
此外,天线的工作频段覆盖了876MHz-960MHz、1710MHz-2160MHz以及2500MHz-2690MHz,这一设计目标意在覆盖GSM900、DCS、PCS以及LTE等无线通信频段。通过在天线中添加地面支和寄生贴片的方式,有效地扩展了频段的带宽。测试结果表明,中间频段VSWR(电压驻波比)<3的情况下,带宽可以达到600MHz以上,这一结果满足了现代手持设备通信系统对天线性能的需求。
研究中提到的天线小型化是一个关键的设计目标。小型化意味着天线尺寸的减小,这对于提高手持设备的便携性和美观性非常重要。然而,天线尺寸的减小往往会引起带宽减小的问题,这在设计中需通过特殊的结构设计来解决。例如,通过增加辐射片的电长度可以缩小天线的物理尺寸,但通常会导致天线带宽的下降。本设计通过改变地面形状和增加寄生贴片的方式,成功地在不显著增加天线尺寸的情况下,扩展了带宽。
此次设计的天线采用FR-4介质板作为基底材料,其相对介电常数为4.6,基板尺寸为200mm*100mm*0.8mm。天线辐射片位于介质板的顶部,通过一条1.6mm宽的微带线进行馈电,地平面为深灰色,位于天线辐射片的下方。天线主辐射片上开有两个缝隙,每个缝隙的宽度为1mm,通过这种方式改变了电流的流向,实现了三频段的操作。
作者介绍中提到的邱蓉,拥有射频电路与天线设计背景,参与了该天线设计的研究工作。通信联系人俞俊生教授,专长于微波技术与毫米波应用,是该研究项目的学术带头人。通过这样的专业组合,保证了论文的理论深度和实际应用价值。
在论文的引言部分,提到手持通讯设备的功能越来越强大,相应地要求设备上的天线能支持多种通信频段,并且具备小型化和宽带等性能特点。目前手持设备天线主要分为PIFA结构和平面单极子天线结构两大类。PIFA天线以其侧面窄、背向辐射低、SAR值低等优势,在手持设备中得到广泛应用。而平面单极子天线则因为制造工艺简单、成本低廉而受到重视。
这篇论文所展示的三频段小型化平面单极子印刷天线,体现了无线通信领域对于创新天线设计的需求。该设计在保持天线小型化的同时,成功覆盖了多个重要通信频段,并且在带宽上也表现出良好的性能。这种天线设计不仅具有一定的理论价值,更具备了很强的实践意义,对于未来小型化手持通信设备的天线设计具有指导作用。