Глава7. Исследование конструкций антенн PIFA для мобильных средств связи

         В наше время мобильные устройства все чаще становятся частью наших повседневная жизнь. Количество встроенных беспроводных подключений многодиапазонные модули в мобильных устройствах. Разработка этих устройств задача сложная: необходимо обеспечить работу антенн в необходимом диапазоне частота; необходимо обеспечить развязку между ними при достаточно малых размерах. Чтобы решить эту проблему, небольшие микрополосковые антенны z перегородка короткого замыкания, называемая плоской перевернутой (перевернутой) антенной F (PIFA). Эти антенны имеют достаточно широкий диапазон рабочих частот (до 10%

резонансная частота), высокий КПД (до 65%), относительно небольшие габариты и многополосная поддержка.

  Основными методами миниатюризации микрополосковых антенн являются:

1) использование подложки с высокой диэлектрической проницаемостью;

2) использование сосредоточенных элементов в качестве нагрузок;

3) с закорачивающей пластиной.

Рассмотрим конструкцию антенны PIFA, показанную на рис. Планарные антенны они обычно состоят из полосатых прямоугольных элементов, расположенных над относительно горизонта плоскости экрана, с закорачивающей пластиной на конце и линия передачи, ведущая через экран снизу.

Рис. 7.1. Конструкция PIFA антенны

    Когда W и L равны, величина резонанса описывается следующим выражением:

                                   (7.1)

     Как показано на рисунке, добротность коэффициента из КСВН найдена частотной зависимостью определяется как:

                          (7.2)

    Моделирование будет проводиться в среде Ansoft HFSS v.14 с частотой 1 ГГц без диэлектрическое заполнение и установите высоту 5 мм.

Рис.7.2. Модель планарной инвертированной F-антенны

      После оптимизации под размер резонанса радиус сферы (1), окружающей PIFA антенна 68,184 мм. Предел добротности (1) для данной антенны 'то равно  Q_ЧУ=1.041. Из соотношения (2) определяем добротность, относящуюся к рабочей полосе частоты на уровень KCB=1.4. Для этой модели, представленной на рис.1, добротность сочиняет Q=33.45.

 

Рис. 7.3. Частотная зависимость КСВ

 

   Для уменьшения текущего размераPIFA антенн используют(2) следующие конструкции:

             Рис. 7.4. Конструкции малогабаритныхPIFA антенн

        Проведем моделирование для конструкции(а) по аналогии с предыдущим вариантом.

Рис. 7.5. Модель(а) планарной инвертированнойF-антенны

Рис.7.6. Частотная зависимость КСВ

      Для полученной модели радиус сферы составляет а=55 мм, а предельное значение коэффициент добротности равен Q_ЧУ =1,52. Согласно показанному соотношению частот КСВ определить добротность. Добротность составляет Q=86.861.Теперь мы собираемся смоделировать структуру рис. 7.7. (б):

Рис. 7.7. Модель(б) планарной инвертированнойF-антенны

                     

Рис. 7.8. Частотная зависимость КСВ

Предельное значение добротности составляет Q_ЧУ =1.984,, а добротность частоты зависимости Q=226.8.

Результаты расчета добротности для всех конструкций сгруппированы в таблице. 1.

                                                                                        

                                                                                                 Таблица 1

№ конфигурации PIFA антенны	Предельная добротность	Добротность
	QЧУ	Q
1	1.041	33.462
2	1.51	86.86
3	1.982	226.8

 

Таким образом, были рассмотрены методы миниатюризации МПА, в частности использование платы короткого замыкания, что дает возможность уменьшить габариты МПА в два раза раз. Кроме того, были рассмотрены частные случаи использования короткой доски, результаты, показанные выше. Несогласованность изменения добротности рассматриваемых конструкций по отношению к расчетному предельному значению добротность можно объяснить тем, что габариты конструкций антенн PIFA учитывались не сильно меняются, в отличие от рабочего диапазона частот.