紧凑与频率重构性天线GPS / LTE /无线广域网的手机应用程序

文摘

一个紧凑的频率可重构天线提出了手机应用程序。天线由一个倒l型喂养地带,更短的接地,和更长的接地片与四个电感用单极four-throw射频开关。当我们改变射频开关的工作状态,对应的电感与长接地地带和不同的谐振模式的天线可以实现。测量−6 dB提出了天线的阻抗带宽683 - 960 MHz和1460 - 2820 MHz,就是能覆盖LTE700 / GSM850/900和GPS / DCS1800 / PCS1900 / UMTS2100 / LTE2300/2500乐队。天线增益、辐射效率和辐射模式也进行了描述。

1。介绍

无线通信的快速发展,越来越多的无线应用程序像无线广域网(无线广域网),长期演进(LTE)和全球定位系统(GPS)已经开发出来。手机的天线需要尽可能多的应用程序的集成1]。然而,天线的空间高度的限制,这使得天线设计一个挑战任务(2- - - - - -4]。

天线的频率重新配置是一种强大的方法来解决这个问题(5]。最近,许多种类的可重构天线已报告(6- - - - - -13]。在[6),作者使用PIN二极管控制天线操作模式。在PIFA天线覆盖GSM900乐队模式和GSM1800 / GSM1900 / UMTS乐队在循环模式。然而,LTE700乐队和LTE2300/2500乐队不考虑。提出了一种折叠coupled-fed可重构narrow-frame天线(7]。为了获得宽的带宽较低的乐队,销插入二极管地带产生不同的谐振模式;然而,天线掩盖不了LTE700乐队。PIFA和PIN二极管频率可重构操作提出了(8]。天线结构简单,可以覆盖LTE700乐队;然而,它有一个相对较大的尺寸,不包括LTE2300/2500乐队。

为了覆盖所有LTE /无线广域网操作乐队(涵盖了带宽的698 - 960 MHz和1710 - 2690 MHz),做了许多努力(9- - - - - -13]。天线连接销二极管使用简单的几何形状和相对增加的大小提出了(9]。在[10),提出多模可重构天线通过改变偏见的PIN二极管控制条之间的耦合和调整基本共振频率,在[11)六种不同谐振途径是通过调整两个PIN二极管的偏置状态。嵌入式电路元素和被动的可重构技术,triple-wide-band可以实现在12]。天线对LTE /无线广域网平板电脑应用程序可以实现当射频开关是用来改变低乐队的谐振模式在不同的工作状态(13]。

在这篇文章中,一个紧凑的频率可重构天线提出了手机应用程序。天线的尺寸12×28毫米²小于之前的大部分设计(看到的一些比较表吗1)。−6 dB阻抗匹配条件下,该天线具有更广泛的上下兆赫波段带宽,这意味着天线可以同时集成更多的无线应用程序在一个更紧凑的尺寸。同时,增益和效率表现显示天线接受表演贯穿整个GPS、无线广域网,LTE。


数量	大小(毫米²)	效率	获得(dBi)	实现带宽(MHz)	相对带宽	重构性成本

(9]	15×60	/ > 70% > 60%	2 ~ 5 ~ 2.5/4.2	698 ~ 960/1710 ~ 2690	31.6% / 44.5%	PIN二极管
(11]	10×36.5	/ > 52.83% > 52.14%	0.13 ~ 1.59/0.68 ~ 3.85	698 ~ 960/1710 ~ 2690	31.6% / 44.5%	PIN二极管
(13]	12×40	/ > 50% > 50%	1 ~ 3/2 ~ 4	698 ~ 960/1710 ~ 2690	31.6% / 44.5%	射频开关和集总电感
提出了天线	12×28	/ > 50% > 60%	−1.43 ~ ~ 2.0 2.28/0.42	683 ~ 960/1460 ~ 2820	33.7% / 63.6%	射频开关和集总电感

2。天线设计

该天线放置在0.8毫米厚FR4介质衬底介电常数的4.4和0.02的损耗角正切。板的平面面积是140×70毫米²是一个典型的5.5英寸的智能手机。如图1的辐射天线的一部分由倒l型喂养带和两个耦合带接地。倒l型喂养地带(蓝色)和较短的接地条(橙色和绿色)印在衬底的上层,而时间越长接地片(橙色和黑色)折叠4毫米的高度在衬底后通过一个单刀four-throw射频开关(RF1604)。开关是用来连接电感和长接地地带。提出了天线的详细尺寸表中描述2,射频开关的原理图所示2。


参数	值(毫米)

一个1	1。5
一个2	5
一个3	1。5
一个4	3
一个5	3
一个6	1
一个7	3.7
一个8	2.7
一个9	3.7
b1	21.5
b2	4.8
b3	3
b4	28
l1	23.7
l2	14.5
l3	22
	1
	0.5
	0.3
	1
c1	4.8
c2	0.8

(一)

(b)

的连接状态四集总电感器由两个端口上的偏置电压控制的开关(V1、V2)。射频开关的一种状态,只有一个集总电感器连接。射频开关的状态和相关的操作乐队可以在表中找到3。在乐队的共振频率和电感的增加减少。通过使用频率重新配置,该天线能覆盖683 - 960 MHz频带较低和较高的群1460 - 2820 MHz,包括LTE700 / GSM850/900和GPS / DCS1800 PCS1900 / UMTS2100 LTE2300/2500乐队为移动电话应用程序。


州	V1	V2	输出电感器	操作乐队

1	低	低	4.7 nH	792 - 960 MHz / 1485 - 2820 MHz
2	高	低	13 nH	749 - 793 MHz / 1460 - 2720 MHz
3	低	高	15 nH	717 - 760 MHz / 1480 - 2680 MHz
4	高	高	18 nH	683 - 720 MHz / 1460 - 2620 MHz

提出的天线,倒l型喂养地带不仅夫妇带接地的能量也意识到第一个高谐振频率上乐队在1780 MHz。从图3,它可以观察到,增加倒l型带的长度降低第一共振频率上乐队。其他共振频率上乐队也影响由于l型地带和接地条之间的耦合效应。

较短的接地条主要影响第二谐振频率上乐队大约在2040 MHz。图4显示了该天线的反射系数有不同的价值l2。它可以观察到,第二高谐振频率会降低l2变得更长。当第二个高谐振频率接近第一个,天线将达到阻抗匹配的乐队。

长接地地带与集总电感负责的共振频率较低的乐队,第三高谐振频率上乐队。同时,耦合用较短的接地条也将对第二高谐振频率有一定的影响。4.7 nH电感器连接的情况下,例如,如图5的变化l3影响下带谐振频率和第二和第三高的共振频率。

模拟天线表面电流分布的状态1(连接4.7 nH电感)在900 MHz, 1780 MHz、2040 MHz和2640 MHz图所示6,分别。在图6(一),它可以发现沿长地带和接地电流路径长度将近一半波长在900 MHz。如图6 (b),当天线谐振频率为1780 MHz,表面电流主要集中在喂养l型地带。在图6 (c)、耦合电流流短和长接地,而在图6 (d)强电流流入接地条更长。

(一)

(b)

(c)

(d)

3所示。结果与讨论

制作天线的照片如图所示7。地面和顶层上的条板的铜与锡涂层。泡沫用于支持在测量期间暂停铜条。板的底部,两个端口上的“高”偏置电压V1和V2控制由两个AA电池(放置在黑盒),和两个端口上的“低”偏差电压V1和V2控制的控制线路连接到接地。VDD端口上的电压也连接到接地。通过改变电压水平港口V1和V2(在本文中,我们改变插入的电路板的连接销),可以实现不同的射频开关状态。

测量和模拟反射系数是绘制在图8。结果显示,状态1,当4.7 nH电感与长接地地带,−6 dB测量阻抗带宽可以覆盖792 - 960 MHz和1485 - 2820 MHz。状态2,当13 nH电感器连接,测量−6 dB阻抗带宽是749 - 793 MHz和1460 - 2720 MHz。状态3、15 nH电感连接时,测量−6 dB阻抗带宽是717 - 760 MHz和1485 - 2680 MHz。国家4,当18 nH电感器连接,测量−6 dB阻抗带宽可以覆盖683 - 720 MHz和1460 - 2620 MHz。状态的变化影响较低的频段。这是因为电感与长接地片控制的谐振模式下乐队。最高的共振频率上乐队也是影响;这是因为两者之间的耦合与不同的电感接地条改变。测量和模拟结果之间的差异主要是由于制造误差和董事会特征的变化和集中元素的变化频率。

(一)

(b)

图9显示了测量和模拟的归一化辐射模式时,天线在900 MHz, 1900 MHz和2450 MHz。在900 MHz,可以观察到dipole-like辐射模式,频率上乐队可以观察到更喜欢2450 MHz null,因为天线的高阶模式。

(一)

(b)

(c)

天线的增益和辐射效率图所示10。在乐队(683 - 960 MHz),测量增益变化从2.28−1.43 dBi dBi,而在上层乐队(1460 - 2820 MHz)测量增益变化从0.42到2.0 (dBi dBi。提出了天线的辐射效率大于50%的乐队和大于60%上的乐队,这是可以接受的手机应用程序(9]。

4所示。结论

一个紧凑的天线提出了手机应用程序。通过简单地改变射频开关的工作状态,频率可重构性能可以满足。12×28毫米大小²,天线可以覆盖LTE700 / GSM850/900和GPS / DCS1800 PCS1900 / UMTS2100 / LTE2300/2500乐队。测量增益、辐射效率和其他特征显示,提出了多波段天线是有竞争力的手机应用程序。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是支持部分由中国自然科学基金会(没有。41401572)、优先级的学术程序开发江苏高等教育机构(PAPD)和江苏创新与创业集团人才计划,和江苏省研究生创新项目。

引用

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国际期刊的天线和传播

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1。介绍

2。天线设计

3所示。结果与讨论

4所示。结论

相互竞争的利益

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