双频PIFA手机天线的仿真设计

李海峰　杨天虹　章少杰　胡世达　苏政毓

摘要：本文立足于智能手机天线的发展趋势，针对手机天线的研究热点，设计出一款平面内置小型化双频手机天线。该天线采用同轴馈电，利用在PIFA天线开U形槽或L形槽实现双频工作，天线可工作于GSM900和DCS1800，带内的回波损耗S11<-10dB，带宽大于80MHz，在水平面内具有良好的全向辐射特性。

关键词：手机天线 PIFA天线 双频带 HFSS

中图分类号：TN828.6 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0186-02

1 引言

手机是目前全球发展速度最快的通信产品，其强劲的势头令其他电子消费产品难易匹敌。1手机天线的研发应考虑高效能、低辐射、低成本、小尺寸等问题。平面倒F天线（PIFA， Planar Inverted F Antenna）是一种常用的平面天线，是以其侧面结构与倒反的英文字母F外观雷同而命名的，因具有体积小、重量轻、结构简单等优点被广泛应用于移动通信终端设备。

2 PIFA天线基本原理

PIFA天线主要包括四个部分：接地平面、辐射单元、短路金属片和同轴馈线。接地平面为反射面；辐射单元是一金属片，与接地平面平行；短路金属片连接着辐射金属片和接地平面；同轴馈线用于信号传输。根据倒F天线的原理以及微带天线的理论，天线的辐射贴片的长度和宽度之和约为1/4个工作波长。PIFA的带宽由其结构参数综合决定，所以对其参数合理选择，优化设计才能提高带宽。多频工作可采用在贴片上开槽的方法来实现。

3 双频PIFA天线的设计

3.1 L形槽天线

在辐射金属片上开L形槽，通过开槽，改变了原先电流的行走路径，形成两个独立的电流回路，从而实现PIFA天线的双频工作。产生低频的是矩形金属片，而开槽后形成的L形矩形产生高频。

3.2 U形槽天线

通过开U形槽，改变了电流行走路径，形成两个相对独立的电流回路，从而实现了PIFA天线的双频工作。产生低频的是矩形金属贴片；而开槽后形成的U形矩形槽产生高频。

4 HFSS仿真结果

HFSS（High Frequency Structure Simulator， 高频结构仿真器）是目前在我国使用人数最多的全波三维电磁仿真软件。利用HFSS对天线进行建模，经计算可得出驻波比VSWR、回波损耗S11、远场辐射方向图等一系列天线性能参数。

4.1 L形槽模型及结果

由于PIFA天线的高度有一定范围，一般而言天线的高度不小于6mm，根据理论计算，得到L形槽PIFA天线各部分尺寸，如表1所示，仿真模型如图1所示。

利用HFSS仿真计算，可以得到天线的回波损耗（如图2所示）及电压驻波比（如图3所示）。

可见在辐射金属片上开L形槽可以实现双频，并且双频分别为922MHz和1804MHz，回波损耗-10dB带宽大于80MHz，电压驻波比大于2.5dB。

4.2 U形槽模型及结果

在PIFA天线上开U形槽与开L形槽的目的都是要激励出第二谐振频率，但二者开槽部分的尺寸有所不同，为达到更好的技术指标，PIFA天线的部分尺寸要做出调整。U形槽PIFA的部分尺寸如表2所示，仿真模型如图4所示。

通过HFSS仿真计算，可以得到天线的相关电参数，如图5-图7所示。

根据结果可知，天线开U型槽以后，驻波比对应的值分别为0.27和2.42，均小于2.5dB，相比L形槽更优。对于回波损耗-10dB带宽，低频段约为100MHz，相对带宽约为11%，满足工作在GSM900时，频率在880 MHz-960 MHz的要求；在高频段，该天线也能完全覆盖DCS1800（1710 MHz -1880 MHz）的工作频段。

5 结语

天线设计是手机设计中一个不可或缺的环节，在平面倒F天线上开L形槽或U形槽可形成双频谐振，使其工作于GSM900和DCS1800。从仿真的结果来看，天线的辐射特性良好，满足设计的要求，具有良好的前景。

参考文献

[1]雷虹，赵紫阳.小型化PIFA天线的参数化仿真设计[J].电子信息对抗技术，2015，11（6）：57-61.

[2]李明洋，刘敏. HFSS天线设计（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2014.