摘要：提出了一種可用于手持移動(dòng)終真?zhèn)€可重構(gòu)天線(xiàn)的設(shè)計(jì)方法。該天線(xiàn)安裝有兩個(gè)RF-PIN開(kāi)關(guān)，可通過(guò)一個(gè)直流控制電路控制開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，以使 線(xiàn)的極化方式和輻射方向圖發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)極化可重構(gòu)和方向圖可重構(gòu)。該天線(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊，易于與電路板集成在一起，在移動(dòng)終端中有良好的應(yīng)用價(jià)值。

O 引言

目前，各種通訊系統(tǒng)發(fā)展的重要方向之一是大容量、多功能、超寬帶。通過(guò)進(jìn)步系統(tǒng)容量、增加系統(tǒng)功能、擴(kuò)展系統(tǒng)帶寬，一方面可以滿(mǎn)足日益膨脹的實(shí) 際需求，另一方面也可以降低系統(tǒng)本錢(qián)。而天線(xiàn)作為各種無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)的前端，其性能對(duì)于通訊系統(tǒng)整體功能具有重要的影響，因此也相應(yīng)的對(duì)其提出了諸如多頻、 寬帶、小型化等要求。隨著無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)的日益復(fù)雜化，單一的傳統(tǒng)天線(xiàn)已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求。而多天線(xiàn)設(shè)計(jì)固然可以滿(mǎn)足新一代無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)對(duì)天線(xiàn)的高要求，但 是，天線(xiàn)數(shù)目的增多，會(huì)使設(shè)備本錢(qián)、天線(xiàn)的空間布局等題目凸顯出來(lái)。特別是在手持移動(dòng)設(shè)備上，由于空間有限，使得多天線(xiàn)的設(shè)計(jì)異常困難。在這種情況下，可 重構(gòu)天線(xiàn)就具有非常明顯的上風(fēng)。它可在不改變天線(xiàn)的尺寸和結(jié)構(gòu)的情況下在天線(xiàn)的方向圖、工作頻率、極化特性等方面實(shí)現(xiàn)重構(gòu)，從而使一個(gè)天線(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)天 線(xiàn)的功能，適應(yīng)移動(dòng)終端不同的應(yīng)用環(huán)境和要求。

在天線(xiàn)的方向圖可重構(gòu)方面，目前的研究主要集中在采用八木形式的結(jié)構(gòu)上。即通過(guò)開(kāi)關(guān)控制來(lái)改變反射器或引向器的有效諧振長(zhǎng)度，從而實(shí)現(xiàn)反射或者 引向作用，使天線(xiàn)的輻射方向發(fā)生變化。但是，這種方式需要多個(gè)天線(xiàn)。故在手持終端有限的空間下，采用這種方式有很大的困難。另外，在天線(xiàn)極化方式可重構(gòu)方 面，研究的重點(diǎn)也是單貼片的天線(xiàn)，即通過(guò)在天線(xiàn)上開(kāi)槽或者采用多條饋線(xiàn)，并在不同位置安裝開(kāi)關(guān)來(lái)改變開(kāi)關(guān)的狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)極化方式的變化，但是，這種天線(xiàn)的 面積較大，同時(shí)采用多條饋線(xiàn)的結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，都不適用于實(shí)際的移動(dòng)設(shè)備。

本文提出了一種用于手持移動(dòng)設(shè)備的可重構(gòu)天線(xiàn)．該天線(xiàn)在適當(dāng)位置安裝了RF-PIN開(kāi)關(guān)，可通過(guò)直流控制電路控制開(kāi)關(guān)的通斷，以使天線(xiàn)以?xún)煞N正交的線(xiàn)極化方式工作，同時(shí)也使天線(xiàn)的方向圖發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)極化方式和方向圖的重構(gòu)。該天線(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊，面積小，易于制造，并具有在同一終端安裝多個(gè)天線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)MIMO(多輸進(jìn)多輸出系統(tǒng))的潛力，故在移動(dòng)終端中有良好的應(yīng)用價(jià)值。

1 天線(xiàn)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

天線(xiàn)可以與手持設(shè)備電路板集成在一起，安裝在電路板的左上角，其結(jié)構(gòu)和RF-PIN開(kāi)關(guān)控制電路示意圖如圖1所示。

通常的天線(xiàn)版圖位于介質(zhì)基片的底面，控制電路位于基片的頂面，圖l中的D1、D2為兩個(gè)RF-PIN開(kāi)關(guān)；Cl、C2為旁路電容，對(duì)高頻信號(hào)短 路；L1、L2為電感，對(duì)高頻信號(hào)開(kāi)路。二極管和電容通過(guò)通孔與底面的天線(xiàn)連接。該天線(xiàn)基片采用厚度為0．8 mm，介電常數(shù)為4．4的FR4材料。水平與垂直的兩個(gè)微帶結(jié)構(gòu)通過(guò)RF-PIN開(kāi)關(guān)與電路板地相連，中間的微帶為饋線(xiàn)，并通過(guò)同軸電纜直接饋電。微帶天 線(xiàn)的諧振頻率主要取決于微帶線(xiàn)的長(zhǎng)度，在一般情況下，在介電常數(shù)為εeff的基片上，微帶線(xiàn)的波導(dǎo)波長(zhǎng)約為：

由于兩種工作狀態(tài)下，天線(xiàn)的接地端不同，因此，天線(xiàn)的有效輻射部分也有所不同。當(dāng)處于X模式時(shí)，天線(xiàn)結(jié)構(gòu)中垂直部分的微帶線(xiàn)接地，因此，天線(xiàn)的輻射部分應(yīng)該為水平部分的微帶，天線(xiàn)也相應(yīng)工作在水平極化方式。圖3所示為天線(xiàn)在2．44 GHz時(shí)的射頻電流分布圖。

從圖3可以看出，射頻電流主要集中在天線(xiàn)水平方向的微帶線(xiàn)上(這印證了前面的分析)。但同時(shí)，在中間部分的微帶以及天線(xiàn)其他部分也存在射頻電流，因此，天線(xiàn)仍會(huì)輻射部分垂直極化波。圖4所示為天線(xiàn)的兩種極化波在XY及YZ平面的方向圖。

圖4中，Theta表示水平極化方波，Phi表示垂直極化波，從圖中可以看出，在XY平面上，水平極化波的均勻增益比垂直極化波高35 dB以上，而在YZ平面上，水平極化波具有良好的全向性，且均勻增益比垂直極化波高約10 dB，因此可以判定，水平極化波能量遠(yuǎn)大于垂直極化波能量，天線(xiàn)工作在水平極化方式下。

當(dāng)處于Y模式下時(shí)，天線(xiàn)結(jié)構(gòu)中水平部分的微帶線(xiàn)接地，因此，垂直部分的微帶線(xiàn)是天線(xiàn)的有效輻射體，此時(shí)天線(xiàn)也相應(yīng)工作在垂直極化方式下。圖 3(b)所示為模式Y(jié)下天線(xiàn)在2．4 GHz的射頻電流分布圖，從圖中可以看出，此時(shí)的射頻電流主要集中在天線(xiàn)垂直方向的微帶線(xiàn)上，天線(xiàn)此時(shí)工作在垂直極化方式下。圖5所示為該模式下天線(xiàn)兩種 極化波在XY和YZ平面的方向圖。

從圖5中可以看出，在XY平面上，垂直極化波的最大增益比水平極化波高37 dBi，同時(shí)在YZ平面上，垂直極化波也有良好的全向性。其最大增益比水平極化波高12 dB，說(shuō)明在該模式下，天線(xiàn)可良好地輻射垂直極化波，而交叉極化分量很低。

事實(shí)上，在兩種工作模式下，天線(xiàn)的總體方向圖會(huì)發(fā)生明顯變化。在YZ和XZ兩個(gè)平面上。天線(xiàn)方向圖具有良好的全向性，能盡可能的接受各個(gè)方向的 來(lái)波信號(hào)；而在XY平面上，天線(xiàn)在兩種狀態(tài)下的方向圖明顯不同，最大輻射方向會(huì)發(fā)生明顯改變，并且在這個(gè)輻射平面上可以實(shí)現(xiàn)良好的互補(bǔ)。故在實(shí)際應(yīng)用中， 應(yīng)根據(jù)信號(hào)波的方向和強(qiáng)度的不同，來(lái)實(shí)時(shí)改變天線(xiàn)狀態(tài)，調(diào)整方向圖的最大輻射方向，以有效地進(jìn)步天線(xiàn)信號(hào)的信噪比，進(jìn)步通訊速率和系統(tǒng)容量。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種用于手持移動(dòng)設(shè)備的可重構(gòu)天線(xiàn)的設(shè)計(jì)方法，該天線(xiàn)安裝了兩個(gè)RF-PIN開(kāi)關(guān)，可通過(guò)一個(gè)直流控制電路來(lái)控制開(kāi)關(guān)的通斷，以使天 線(xiàn)工作在垂直極化或水平極化方式，同時(shí)也使天線(xiàn)方向圖發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)極化方式和方向圖的同時(shí)重構(gòu)。仿真結(jié)果表明，在兩種狀態(tài)下，該天線(xiàn)的-10 dB帶寬均可達(dá)到240 MHz。而且通過(guò)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的切換，還可以使天線(xiàn)在水平和垂直線(xiàn)極化方式之間切換，并使天線(xiàn)輻射方向圖的主瓣方向也偏轉(zhuǎn)150°。該天線(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊，面積小， 易于制造，可用于移動(dòng)終真?zhèn)€多天線(xiàn)系統(tǒng)，因此在移動(dòng)通訊系統(tǒng)中有良好的應(yīng)用價(jià)值