方案介绍:用于手持移动终端的可重构天线设计

2013-10-09 13:17 来源:电源网 作者:和静

O 引言

目前,各种通讯系统发展的重要方向之一是大容量、多功能、超宽带。通过进步系统容量、增加系统功能、扩展系统带宽,一方面可以满足日益膨胀的实 际需求,另一方面也可以降低系统本钱。而天线作为各种无线通讯系统的前端,其性能对于通讯系统整体功能具有重要的影响,因此也相应的对其提出了诸如多频、 宽带、小型化等要求。随着无线通讯系统的日益复杂化,单一的传统天线已经不能满足要求。而多天线设计固然可以满足新一代无线通讯系统对天线的高要求,但 是,天线数目的增多,会使设备本钱、天线的空间布局等题目凸显出来。特别是在手持移动设备上,由于空间有限,使得多天线的设计异常困难。在这种情况下,可 重构天线就具有非常明显的上风。它可在不改变天线的尺寸和结构的情况下在天线的方向图、工作频率、极化特性等方面实现重构,从而使一个天线能够实现多个天 线的功能,适应移动终端不同的应用环境和要求。

在天线的方向图可重构方面,目前的研究主要集中在采用八木形式的结构上。即通过开关控制来改变反射器或引向器的有效谐振长度,从而实现反射或者 引向作用,使天线的辐射方向发生变化。但是,这种方式需要多个天线。故在手持终端有限的空间下,采用这种方式有很大的困难。另外,在天线极化方式可重构方 面,研究的重点也是单贴片的天线,即通过在天线上开槽或者采用多条馈线,并在不同位置安装开关来改变开关的状态从而实现极化方式的变化,但是,这种天线的 面积较大,同时采用多条馈线的结构太复杂,都不适用于实际的移动设备。

本文提出了一种用于手持移动设备的可重构天线.该天线在适当位置安装了RF-PIN开关,可通过直流控制电路控制开关的通断,以使天线以两种正交的线极化方式工作,同时也使天线的方向图发生变化,从而实现极化方式和方向图的重构。该天线结构紧凑,面积小,易于制造,并具有在同一终端安装多个天线来实现MIMO(多输进多输出系统)的潜力,故在移动终端中有良好的应用价值。

1 天线结构与设计

天线可以与手持设备电路板集成在一起,安装在电路板的左上角,其结构和RF-PIN开关控制电路示意图如图1所示。

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通常的天线版图位于介质基片的底面,控制电路位于基片的顶面,图l中的D1、D2为两个RF-PIN开关;Cl、C2为旁路电容,对高频信号短 路;L1、L2为电感,对高频信号开路。二极管和电容通过通孔与底面的天线连接。该天线基片采用厚度为0.8 mm,介电常数为4.4的FR4材料。水平与垂直的两个微带结构通过RF-PIN开关与电路板地相连,中间的微带为馈线,并通过同轴电缆直接馈电。微带天 线的谐振频率主要取决于微带线的长度,在一般情况下,在介电常数为εeff的基片上,微带线的波导波长约为:

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手持 移动终端 可重构天线 RF-PIN开关

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