CN101009399B - 一种提高手机天线辐射效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高手机天线辐射效率的方法，其主要包括以下步骤：(1)对天线附近的有关元件进行建模；(2)对天线进行建模，将天线主辐射条共形地布设在远离手机喇叭中的铁磁物质及铁环且围绕摄像头介质切割孔的位置，将手机天线中的辅助辐射条布设在靠近手机喇叭中的铁磁物质及铁环且距离所述主辐射条预定间隔空隙的位置；(3)通过仿真调试确定可以同时满足天线分布面积最小且天线辐射效率等于一最低门限值的天线形状。所述方法同时解决了天线辐射效率高与天线尺寸小，天线辐射面积最小化与天线辐射方向图最优化之间的矛盾，有效地提高了天线辐射效率和增益并改善了手机性能。

Description

一种提高手机天线辐射效率的方法
技术领域
本发明涉及一种提高手机天线辐射效率的方法。
背景技术
随着通信技术的飞速发展，手机的体积变得越来越小，作为手机关键元件之一的天线也在朝向小型化方向发展。已有的手机天线无法实现在确保天线分布面积较小的同时提供足够高的辐射效率来满足通信需求，造成上述情况的原因主要包括以下几点：
第一，手机中所配置的元件越来越多，且这些元件大都安置在天线附近，对天线性能有明显影响。特别是手机喇叭中的铁磁体、铁环等，对天线能量辐射效率、天线谐振频带中心值及阻抗匹配频带宽度等参数均产生极大影响。
第二，目前已知的对平面倒F型天线(PIFA)所进行的仿真一般只针对简单PCB板平面上铺设天线辐射条所形成的空间结构进行，所得结果难以应用于实际的手机天线设计中。
第三，现有天线的辐射效率不易达到很高的数值。其原因有二，首先，天线尺寸与辐射效率有复杂的对应关系。在PIFA天线中，一般是天线下面空间越高，天线下体积越大，则天线辐射效率越高；但天线高度一定时，如果天线电流宽度方向分布过大，则将出现多个高次模，使主模辐射功率降低，有效辐射效率下降，故不能简单地通过加宽天线辐射条来提高功率。其次，天线的尺寸要考虑SAR测试标准的要求。在辐射功率大的情况下，天线空间方向图、近场和远场设计失当会使SAR值超标。
第四，手机天线对几个主极化平面内辐射方向图有较严格要求，规定了最佳辐射方向图原则。如果将天线主辐射条集中布设在手机的一侧，则辐射条的非对称性将使辐射方向图出现非对称性。因此同时实现天线辐射面积最小化与天线辐射方向图最优化有很大的困难。
第五，天线的辐射性能主要由主辐射场区位置及形状、结构决定；辅助辐射场区起扩展阻抗匹配频带宽度作用，如何控制主辐射场区和辅助辐射场区几何位置参数，使之同时满足特定要求下的天线电性能、天线场性能是悬而未决的难题。
基于上述原因，需要提供一种提高手机天线辐射效率的方法，使得优化后的手机天线能够同时实现在GSM900、DCS/PCS频段上有较小的占用面积且具有较高的辐射效率。
发明内容
本发明提供了一种提高手机天线辐射效率的方法，其主要包括以下几个步骤：
(1)对天线附近喇叭中的铁磁物质及铁环、摄像头介质、天线区域附近的金属环、天线覆盖区域下的射频接口件、音频接口件进行建模；
(2)对天线进行建模，将天线主辐射条共形地布设在远离手机喇叭中的铁磁物质及铁环且围绕摄像头介质切割孔的位置，将手机天线中的辅助辐射条布设在靠近手机喇叭中的铁磁物质及铁环且距离所述主辐射条预定间隔空隙的位置；
(3)通过仿真调试确定可以同时满足天线分布面积最小且天线辐射效率等于一最低门限值的天线形状。
为了进一步提高手机天线的辐射效率，还可以在步骤(3)之后，根据所需要达到的天线性能调整主辐射条的宽度、辅助辐射条的宽度以及所述两辐射条之间的间隔空隙，从而确定优化后的天线形状。
优选地，在步骤(2)中对天线进行建模时，将天线的主辐射条布设在手机的顶部位置，特别是使天线的主要辐射部分在手机的顶部中间位置，以达到天线辐射方向图对称的目的。
本发明的提高手机天线辐射效率的方法从天线辐射原理出发，采用共形、紧凑的方式布设天线，其特点是充分利用天线的主辐射区域，压缩天线的辅助辐射区域，同时解决了天线辐射效率高与天线尺寸小，天线辐射面积最小化与天线辐射方向图最优化之间的矛盾，有效地提高了天线辐射效率和增益并改善了手机性能。
附图说明
结合附图，可对上述简要概述、以及后续对本发明优选实施例的详细描述有更好的理解，其中：
图1示出了采用本发明方法优化后的在GSM900/DCS/PCS三频段工作的、极端小分布面积状态下的天线主辐射条、辅助辐射条分布图。
具体实施方式
当应用本发明的方法改善天线辐射性能的时候，首先需要通过实际的调试和测试获得天线附近喇叭中的铁磁物质及铁环、摄像头介质、天线区域附近的金属环、天线覆盖区域下的射频接口件、音频接口件的电性能参数，并且利用这些参数通过仿真软件对上述元件进行建模。
接下来需要对天线进行建模。如图1所示出的，由于喇叭中铁磁物质会吸收天线发射出的电磁波能量，而喇叭上的铁环会对天线的谐振频点造成影响，因此应当将天线的主辐射条1远离手机的喇叭4布设。另一方面，手机中的摄像头介质(未示出)介电常数比较大，能增加空间的电长度，有效阻止电磁波能量向喇叭方向传导，因此可以将天线的主辐射条1临近摄像头设置，同时为了保证天线的分布面积最小，可以采用共形的方式围绕摄像头介质切割孔3的***布设天线的主辐射条1，以便实现在较大范围调整天线谐振频点和保证辐射效率两方面的目的。
由于天线的性能主要由主辐射条1的位置以及形状、结构决定，辅助辐射条2只起到扩展阻抗匹配频带宽度的作用，因此，可以将辅助辐射条2布设在距离喇叭4较近的位置。
为了保证天线在GSM/DCS/PCS频段都可以能够正常工作，天线的主辐射条1与辅助辐射条2之间只留对应可容许的辐射效率最低门限值30％的空隙(该空隙数值对应GSM工作频段约为1mm左右)。在建模时，天线的辅助辐射条2只取最窄宽度以满足频带宽度要求，并连接于手机的馈电点处。
在对天线完成建模后，仿真比较各种形状下，天线主辐射条1上的电流分布、电场分布、能量传送效率、天线增益等关键特征及参数，从而找到可以同时满足天线分布面积最小且天线辐射效率等于所述最低门限值30％的天线形状。
至此，就得到了可以同时满足分布面积最小且辐射效率不低于30％的手机天线。
由于天线主辐射条1宽度与天线高次模有关系，宽度越大则高次模越多，因此控制天线主辐射条1宽度使天线只辐射GSM/DCS/PCS频段内所需模式，是提高天线辐射效率的办法之一；另外，在不增大主辐射条1宽度的条件下，增大天线覆盖面积可以增大电流分布面积，增加天线辐射能量和达到全方向辐射的效果。因此，为了进一步提高手机天线的辐射效率，还可以对手机天线进行进一步优化，根据所需要达到的天线性能调整天线主辐射条1的宽度、辅助辐射条2的宽度以及所述两辐射条之间的间隔空隙，从而确定优化后的天线形状。
在应用本发明方法提高天线辐射性能的过程中，如果将天线主辐射条1集中布设在手机的一侧，则主辐射条1的非对称性将造成天线的辐射方向图出现非对称性，因此在对天线进行建模的时候，还应当尽量将天线的主辐射条1布设在手机的顶部中间位置以达到天线辐射方向图对称的目的。
如图1所示，应用本发明的方法优化后得到的、可以在GSM900/DCS/PCS三频段工作的、极端小分布面积状态下的天线，其分布面积约为22×18平方毫米，所占体积仅为2.8立方厘米，远小于现有文献报道的最小天线体积值4.2立方厘米。在GSM频段，该天线的辐射效率在30％与45％之间；在DCS/PCS频段，该天线的辐射效率在35％与70％之间，上述辐射效率均超过了手机射频性能参数的最低门限值30％的要求。
通过使用本发明的优化方法，同时解决了天线辐射效率高与天线尺寸小，天线辐射面积最小化与天线辐射方向图最优化之间的矛盾，有效地提高了天线辐射效率和增益并改善了手机性能。
本领域技术人员可以理解：在不背离本发明广义范围的前提下，可以对上述实施例进行改动。因而，本发明并不仅限于所公开的特定实施例，其范围应当涵盖所附权利要求书限定的本发明核心及保护范围内的所有变化。

Claims (3)

1.一种提高手机天线辐射效率的方法，其特征在于，该方法主要包括以下几个步骤：
(1)对天线附近喇叭中的铁磁物质及铁环、摄像头介质、天线区域附近的金属环、天线覆盖区域下的射频接口件、音频接口件进行建模；
(2)对天线进行建模，将天线主辐射条共形地布设在远离手机喇叭中的铁磁物质及铁环、且布设在围绕摄像头介质切割孔的位置，将手机天线中的辅助辐射条布设在靠近手机喇叭中的铁磁物质及铁环且距离所述主辐射条预定间隔空隙的位置；
(3)通过仿真调试确定可以同时满足天线分布面积最小且天线辐射效率等于一最低门限值的天线形状。
2.如权利要求1所述的提高手机天线辐射效率的方法，其特征在于，在步骤(3)之后，还包括根据所需要达到的天线性能调整主辐射条的宽度、辅助辐射条的宽度以及所述两辐射条之间的间隔空隙，从而确定优化后的天线形状的步骤。
3.如前述权利要求1或2所述的提高手机天线辐射效率的方法，其特征在于，将主辐射条布设在手机的顶部中间位置。
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