怀旧案例：一种基于FDTD分析的多频带单极天线
日期: 2013/8/7 浏览: 1292

一种基于FDTD分析的多频带单极天线

时间：2010-04-28 13:09:36 来源：现代电子技术 作者：许鸿君

天线中主辐射单元的结构尺寸对天线回波损耗的影响如图3所示。图3(a)显示，长辐射分枝的长度L2越长，900 MHz工作频带的中心频率下移，工作带宽变窄，同时1 800 MHz的工作频率也变低，导致带宽变宽；图3(b)显示，调整短辐射分枝的长度L1，对900 MHz的工作频带基本无影响，而1 800 MHz的工作频带下限变低，加宽了工作带宽。通过软件优化，获得了******的结构尺寸，可满足天线的设计要求。

2 数据仿真和试验结果
    通过上述仿真分析，在保证天线输入端的S11参数小于-10 dB，最终确定了天线的结构尺寸，其中L1=21．3 mm，L2=18．75 mm，L3=22 mm。根据优化后的天线结构，制作了试验天线，见图4。利用Agilent矢量网络分析仪E5701B(频率范围300 kHz～6 GHz)对天线特性进行了测量，天线S11的实际测量频率范围是0．5～2．5 GHz。图5给出了天线S11的测量结果和仿真结果。从仿真数据可以得到，天线在低频带的工作频率为863～973 MHz，高频带的工作频率为1 690～2 100 MHz；而实际制作的试验天线在低频段的工作频率为888～990 MHz，比GSM900(890～960 MHz)的工作频带略宽，高频段工作频频率167～2 200 MHz，覆盖了DCS／PCS／TD-SCDMA(1 710～2 025 MHz)的所有工作频带。同时，从图中可以看出，实际的测试结果与仿真的数据相比，实际制作的天线在GSM900比较吻合；在DCS／PCS／TD-SCDMA高频带，测量数据与仿真数据略有一定偏差，试验天线在1 860 MHz有一个谐振点，此外寄生辐射分枝的谐振频率相对变高。

图6比较了天线仿真方向图和试验天线的测试方向图。由仿真天线方向图可知，天线方向图与典型的单极天线方向图非常接近，垂直平面内的辐射方向图具有比较好的全向性能，同时工作频率的提高，使水平方向图中波瓣增加，但垂直平面内仍保持较好的全向特性。比较仿真的方向图和实际测试的方向图，由于测试数据的波动，导致两者形状差别很大，但实测方向图与仿真数据相比在幅度上基本一致。

3 结语
    提出的多频带单极天线采用一开槽的辐射片和耦合馈电的寄生辐射分枝，使得在888～2 200 MHz的频带范围内能获得多个谐振频率，因此设计天线能够满足GSM900／DCSl800／PCSl900和TD-SCDMA双模移动通信终端对天线的要求。采用经过仿真优化后的天线结构制作的试验天线，其回波损耗能满足设计要求，并与软件仿真结果相一致。
    本文提出的多频带单极天线，其高度很低，但与地平面的距离还有缩小空间，可进一步研究距离缩短导致带宽变窄的改善措施，同时，考虑未来通信可能使用2．3～2．4 GHz频段，可继续研究具有更宽带宽的单极天线。