具有金属边框的智能机天线技术研究

摘要

基于当代用户对于智能机金属质感的体验需求，智能机的金属化边框设计已经成为一种时尚潮流。但是，大的金属件对天线的影响十分显著，尤其是当金属环作为金属边框把手机天线包围在内时，天线与邻近金属边框之间的耦合特别明显，内部天线的辐射会被束缚在天线近场而不能有效辐射。因此，在金属边框条件下设计出多频带和小型化的智能机天线方案，成为当代天线工程师的面临的挑战和关注的热点。
　　鉴于金属边框与智能机天线的一体化设计问题，首先，本文根据智能机中金属边框的分布式特点，提出了一种基于耦合馈电原理的边框天线设计方法。通过对金属边框进行分布式的耦合处理，不仅能降低闭合的金属边界对天线系统形成的高Q值影响，而且能够使金属边框的耦合谐振作用天线辐射，尤其是利用边框谐振产生天线的低频谐振，从而减小内部天线设计的尺寸。
　　其次，本文提出了一款六频段分布式耦合金属边框智能机天线方案。方案采用两个接地片和两个对称断点对边框进行分布式耦合处理，并以馈电单极子和地板缝隙作为第一谐振，激发金属边框产生双谐振，覆盖了824-960MHz这个频段。
　　再次，本文提出了一款七频段耦合馈电金属边框智能机天线方案。设计方案以尺寸为27.5×10 mm2的弯折单极子对经过分布式改造的金属边框进行耦合激励，利用了边框谐振作用GSM850/900/LTE2300/2500这些频段。
　　最后，本文又提出了一款多模耦合金属边框天线方案，其充分利用了金属边框自身的分布式特征，构建出沿着智能机边框分布的一条单极子缝隙谐振路径、一条单极子谐振路径和一条闭合缝天线谐振路径，使其谐振覆盖了GSM850/900/1800/1900/LTE2500等频段。而且，设计方案以44.5×5 mm2的内部尺寸同时实现了金属边框和窄边框的智能机天线设计目的。
　　本文对于设计的三款手机天线都进行了近场和远场的测试和结果讨论，所设计的天线测试结果满足波段内大于6dB的回波损耗要求和大于40％的辐射效率要求。并且，对其中两个七频段金属边框天线方案进行了头或手加载的效率和SAR值研究。所得仿真或者测试结果均满足手机通讯标准，验证了金属边框作为天线辐射枝节的可行性，同时也说明了，在保证金属边框智能机的美观和坚固外型下，所提出天线方案具有实现多频宽带和小型化尺寸的设计前景。

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第一章 绪 论

1.1金属边框智能机天线的研究背景及意义

1.2金属边框智能机天线的国内外研究历史与现状

1.3本论文的结构安排

第二章 手机天线的基本理论

2.1电小天线的Q值

2.2手机天线的设计参数

2.3基本手机天线模型的等效电路分析

第三章 具有金属边框的智能机天线设计原理

3.1金属环边框对天线的影响

3.2金属边框天线的方案讨论

3.3金属边框天线的设计技术

3.4金属边框天线的低频设计方法

第四章 六频段分布式耦合金属边框智能机天线

4.1六频边框天线的结构描述

4.2六频边框天线的原理研究

4.3六频边框天线的实物测试

4.4本章小结

第五章 七频段耦合馈电金属边框智能机天线

5.1七频边框天线的结构描述

5.2七频边框天线的原理研究

5.3七频边框天线的实物测试

5.4七频边框天线的与人体的作用研究

5.5本章小结

第六章 七频段多模耦合的金属边框智能机天线

6.1多模耦合边框天线的结构描述

6.2多模耦合边框天线的原理研究

6.3多模耦合边框天线的实物测试

6.4多模耦合边框天线与人体组织的作用分析

6.5本章小结

第七章 全文总结与展望

7.1全文总结

7.2后续工作和展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果