移动应用新型宽带天线设计与性能验证

⃝××⃝可在www.sciencedirect.com在线ScienceDirectICT Express 3（2017）81www.elsevier.com/locate/icte用于移动手持设备应用的采用宽带双ZOR的紧凑型郑根智EMW公司研发中心，有限公司、大韩民国首尔接收日期：2017年2月16日;接收日期：2017年5月8日;接受日期：2017年5月23日2017年5月31日在线发布摘要在这项研究中，一个紧凑的多频带天线采用宽带双零阶谐振器（ZOR）提出了移动手机应用。利用宽带零阶模式和多模理论设计了覆盖LTE 850/900（824-（2400-2500 MHz）频段。为了实现宽带操作，所提出的天线由低频带ZOR和高频带ZOR组成，其可以产生和合并零阶、负阶和正阶模式的谐振频率。通过全波仿真和实验验证了天线的性能。天线的整体尺寸为40毫米6毫米3毫米。该天线提供全向辐射方向图和测量的辐射效率超过43%和47%的低和高频段，分别。c2017 韩 国 通 信 信 息 科 学 研 究 所 。 出 版 社 ： Elsevier B.V. 这 是 一 篇 基 于 CC BY-NC-ND 许 可 证 的 开 放 获 取 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：复合左右手传输线;超材料;多频带天线;宽带天线;零阶谐振器1. 介绍在诸如2G、3G、长期演进（LTE）、高级LTE和Wi-Fi的现代无线通信系统平面天线和平面倒F天线是移动手机中最流行的天线[1，2]。然而，这些天线的尺寸与谐振频率有关，这导致性能下降或尺寸缩小导致复杂的机械组装。超材料（MTM）是一种人工工程材料，具有独特的电磁特性，如反平行相/群速度和特定非零频率下的零传播常数[3，4]。各种双负、mu负和双负复合右/左手电子邮件地址：hyatlas@emw.co.kr。同行评审由韩国通信信息科学研究所负责本文是题为“专利、标准化和ICT实践中的未决问题特刊”的一部分这篇论文已经处理教授。君无邪。http://dx.doi.org/10.1016/j.icte.2017.05.001传输线（CRLH-TL）结构提供了用于实现零阶谐振器（ZOR）天线的概念设计方法[5这些已被证明是有吸引力的多频带天线设计和小型化。近年来，已经为移动手持机应用引入了使用CRLH-TL结构的各种ZOR天线[11然而，CRLH-TL ZOR天线通常在低频带和/或高频带中遭受窄带宽，并且不能完全覆盖LTE和Wi-Fi操作的多频带和宽带在这封信中，一个紧凑的多波段天线采用宽带双零比被提出用于移动手机应用。利用宽带零阶模和多模理论，该天线可以覆盖LTE 850/900（824-(2400-2500MHz ） 频 带 。 所 提 出 的 天 线 由 低 频 带 ZOR（LB-ZOR）和高频带ZOR（HB-ZOR）组成，通过合并零阶、负阶和正阶谐振频率来实现宽带特性。每个ZOR都是独立设计和电气隔离的。所提出的天线的一个优点是其易于构造2405-9595/c2017韩国通信信息科学研究所。Elsevier B. V.的出版服务。这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。××××82J.K. Ji / ICT Express 3（2017）81-84Fig. 1. 理想CRLH-TL单胞的等效电路模型。通过CRLH-TL晶胞的适当设计。有关这些研究的详细信息见以下章节。2. 设计考虑CRLH-TL单元电池的等效电路模型如图1所示，其由RH-TL、LH并联电感器LL和LH串联电容器CL组成。具有特性阻抗Z0和物理长度d的RH-TL具有本征并联电容CR和串联电感LR。为了实现宽带ZOR，LH和RH区域的色散曲线必须被设计成在低频处具有平缓的斜率。 随着CL值的减小，负阶模式的工作频率增加，而正阶模式的工作频率降低[16]。此外，通过引入大的LL值和小的CR值来扩展零阶和正阶模式的带宽[17]。因此，双ZOR天线的宽带性能可以通过合并这些零阶，负阶和正阶模式来实现提出了一种基于宽带双ZOR的紧凑型多频带天线。它是在一个40毫米长，6毫米宽，3毫米厚的FR4基板上制作的，相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02。印刷电路板（PCB）也是一个FR4基板测量50毫米100毫米0。8mm; PCB接地层尺寸为50 mm 90 mm0. 天线几何形状如图2所示。LB-ZOR由一个带间隙的长折叠贴片和两个带带状线和通孔的螺旋线组成。HB-ZOR由短折叠贴片、螺旋线和垂直带状线组成。该结构提供了两个LH串联电容，这是由长折叠贴片上的间隙以及螺旋馈线与短折叠贴片之间的耦合间隙引起的。同时，螺旋线和垂直带状线提供LH并联电感。折叠贴片的作用类似于具有并联电容器和串联电感器的RH-TL。每个ZOR都是独立设计和电隔离的，这样可以最大限度地减少互耦效应，并保持结构独立性。螺旋线和垂直带状线分别影响LTE 900和LTE 1700/1800频段的零阶谐振频率[6]。长折叠贴片上的间隙影响LTE850频段的第一负阶谐振频率[16]。最后，从馈电点到接地点1通过图二、（ a）所提出的采用宽带双ZOR的紧凑型多频带天线的几何结构。(b)螺旋进料管的详细尺寸。（a= 19 mm，b= 5 mm，c= 0. 3mm）。图3.第三章。 根据长折叠贴片上的间隙模拟反射系数。螺旋线影响LTE 1900/2100/2300/2600和Wi-Fi频带的高阶谐振频率图图3和图4分别示出了根据长折叠贴片和垂直带状线上的间隙的模拟反射系数。使用ANSYS HFSS全波模拟器对天线进行了模拟。当长折叠贴片上的间隙从4.5 mm变化到7.5 mm时，第一负阶谐振频率从0.79 GHz增加到0.85GHz。然而，低频带中的零阶谐振频率高频带中的零阶谐振频率从1.79到1.95 GHz时，垂直带状线的宽度然而，在频率2.1和2.2处，高次谐振频率几乎不改变，2.6 GHz，分别。因此，所提出的天线的带宽增强是通过分别合并低频带中的第一负阶和零阶谐振频率以及高频带中的零阶和高阶谐振频率来实现的。J.K. Ji / ICT Express 3（2017）81-8483见图6。 制作的原型天线的照片。见图4。根据垂直带状线模拟反射系数。图第七章 模拟和测量的建议天线的反射系数。图五. 在（a）0.8、（b）0.9、（c）1.8、（d）2.1和（e）2.6 GHz处模拟所提出的天线的表面电流分布。为了确认在每个谐振频率下的谐振特性，分析了所提出的天线的表面电流分布，并在图中示出。 五、在0.8和0.9 GHz的表面电流集中在螺旋馈线和螺旋线，因为第一负阶和零阶谐振模式的LB ZOR。在1.8 GHz时，由于HB-ZOR的零阶谐振模式，沿螺旋馈线和垂直带状线在2.1和2.6 GHz，表面电流集中在螺旋线和螺旋馈线，分别由于LB-ZOR的高阶谐振模式3. 实验结果图6示出了制造的原型天线;天线的模拟和测量反射系数为如图7所示。使用KEYSIGHT E5071C矢量网络分析仪获得测量结果。根据测量结果，零阶谐振频率在低频和高频分别为0.93和1.81 GHz。低频带的第一负阶谐振频率为0.82GHz，高频带的高阶谐振频率为2.1和2.4 GHz。此外，在低频段和高频段测得的阻抗带宽（-6 dB）分别为200 MHz（0.8观察到模拟结果和测量结果之间的微小差异。这主要是由于结构参数（如螺旋线、耦合间隙和FR4基板）导致的制造公差。测量了所制作器件的辐射增益图，绘制了0.84、0.94、1.8、2.1、2.4和2.7 GHz的天线在图8中。在x-y在0.84、0.94、1.8、2.1、2.4和2.7 GHz下测得的峰值增益分别为0.15、0.64、1.56、0.89、2.54和1.56 dBi。测得的辐射效率在0.84 GHz时为45.5%，在0.94 GHz时为52.5%，在1.8 GHz时为68.4%，在2.1 GHz时为52.7%2.4 GHz时为67.8%，2.7 GHz时为58.9%。根据工作频带测量的辐射效率和峰值增益如图9所示。峰值增益在低频带从-0.38到1.18 dBi变化，在高频带从0.26到2.94 dBi变化。低波段和高波段的辐射效率分别大于43%和47%。84J.K. Ji / ICT Express 3（2017）81为了实现宽带操作，所提出的天线由LB-ZOR和HB-ZOR组成，其可以产生和合并零阶、负阶和正阶模式的谐振频率。每个ZOR都是独立设计和电隔离的，这样可以最小化互所提出的天线的优点是，它是非常容易通过适当地引入不同谐振频率的CRLH-TL单元来构造。天线配置是灵活的，以实现紧凑的尺寸，良好的辐射性能，和宽带操作。因此，所提出的天线可以容易地集成在各种移动手持机中并且用于多模无线通信设备。利益冲突作者声明，本文中不存在利益冲突引用[1] Z. Zhang，Antenna Design for Mobile Devices，John Wiley& Sons，Hoboken，2011.[2] D.A. Sanchez-Hernandez，用于4G终端的多频带集成天线，ArtechHouse，Norwood，2008年。[3] N. Engheta，R.W.陈文生，《超材料：物理与工程探索》，北京：科学出版社，2006。[4] C. Caloz，T.伊藤，电磁超材料：传输线理论和微波应用，Wiley，纽约，2006。[5] M.A. Antoniades，G. V. Eleftheriades，电小NRI-TL超材料天线的折叠-折叠模型，IEEE Cumnas Wirel。 传播Lett. 7（2008）425-428。[6] J.H. Park，Y.H. Ryu，J.G.李俊华李，埃普利负零阶谐振器天线，IEEE Trans. 55（12）（2007）3710-3712。[7] C.J. Lee，K.M.K.H. Leong，T. Itoh，紧凑型双频天线us-ing ananisotropic metamaterial，in：Proc. 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