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一種手持終端的470 MHz頻段IoT天線設計

2021年電子技術應用第1期

孫南1，2，聞志國1，2，姜帆1，2，李延1，2，王玉凈1，2，鄒建1，2，宋亞1，2

1.北京智芯微電子科技有限公司國家電網公司重點實驗室電力芯片設計分析實驗室，北京100192； 2.北京智芯微電子科技有限公司北京市電力高可靠性集成電路設計工程技術研究中心，北京100192

摘要： 許多手持終端設備都需要一種輕便、緊湊的接收和發射天線，FPC天線以重量輕、厚度薄等特點收到廣大設計師的青睞。為獲得適合尺寸、帶寬和增益的天線，提出一種以FPC軟材質為集成平臺，采用傳輸線與天線為一體化設計，在保持天線大小不變的情況下，通過增加耦合枝的方式增強輻射單元能量耦合，從而有效改善帶寬和提升增益。傳輸線與天線一體化設計可以有效利用天線空間，改善端口特性。通過仿真與實際測試，天線帶寬滿足在470 MHz~510 MHz工作頻段，S11＜-10 dB。在490 MHz處S11＜-12 dB，有效增益0 dBi。

關鍵詞： 耦合枝帶寬一體化回波損耗

中圖分類號： TN82
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200891
中文引用格式： 孫南，聞志國，姜帆，等. 一種手持終端的470 MHz頻段IoT天線設計[J].電子技術應用，2021，47(1)：11-15.
英文引用格式： Sun Nan，Wen Zhiguo，Jiang Fan，et al. Design of a 470 MHz band IoT antenna for a handheld terminal[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(1)：11-15.

Design of a 470 MHz band IoT antenna for a handheld terminal

Sun Nan1，2，Wen Zhiguo1，2，Jiang Fan1，2，Li Yan1，2，Wang Yujing1，2，Zou Jian1，2，Song Ya1，2

1.State Grid Key Laboratory of Power Industrial Chip Design and Analysis Technology, Beijing Smart-Chip Microelectronics Technology Co.，Ltd.，Beijing 100192，China； 2.Beijing Engineering Research Center of High-reliability IC with Power Industrial Grade， Beijing Smart-Chip Microelectronics Technology Co.，Ltd.，Beijing 100192，China

Abstract： Many handheld terminal devices require a light and compact receiving and transmitting antenna. FPC antennas are popular among designers because of their light weight and thin thickness. In order to obtain an antenna with suitable size, bandwidth and gain, an FPC soft material is used as an integrated platform, and the transmission line and antenna are used as an integrated design. While maintaining the size of the antenna, the energy coupling of radiating unit is enhanced by adding coupling branches，which effectively improves bandwidth and gain. The integrated design of transmission line and antenna can effectively use the antenna space and improve the port characteristics. Through simulation and actual testing, the antenna bandwidth meets 470 MHz~510 MHz, S11<-10 dB. S11<-12 dB at 490 MHz, the effective gain is 0 dBi.

Key words : coupling branches；bandwidth；integration；return loss

0 引言

無線通信是物聯網(IoT)技術實現的關鍵基礎之一^[1]，天線作為無線通信能量轉換的器件，在無線通信過程中起到重要的作用[2]。近幾年IoT終端技術越來越成熟，尤其是手持終端，在IoT通信中的作用越來越突出，在物流、巡檢、購物、通信等鄰域得到越來越多的應用^[2-5]。基于手持終端的功能日益豐富，無線連接也越來越多，相對的電磁環境也變得復雜^[6]，這就要求各無線功能具有高質量通信，然而天線是決定通信質量的關鍵部件之一^[7-8]。由于其應用場景和功能不同，天線結構也各有不同，但其共同特點是尺寸小、結構緊湊^[9-11]。近年來針對手持終端的IoT天線研究越來越多^[12]，這類天線常見的是異性金屬天線、FPC（Flexible Printed Circuit）天線、微帶天線等。

本文設計了一種新型手持終端通信天線，主要目的是提升470 MHz頻段IoT通信質量。由于現有該頻段天線的尺寸大、效率低、增益小、易受干擾等特點，或多或少影響手持終端通信^[13]。基于以上問題，本文設計的天線是以FPC軟材質為集成平臺，采用傳輸線與天線為一體化設計，最大限度地利用手持終端有限的空間，同時提升天線有效的性能。在有效減小天線尺寸的前提下，通過增加耦合枝，更好地將能量耦合至輻射單元，可有效改善帶寬^[14]、提升天線性能。FPC柔性軟材質天線生產周期短、體積小、重量輕、柔性好，便于集成在移動手持終端設備中^[15]。

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作者信息:

孫南1，2，聞志國1，2，姜帆1，2，李延1，2，王玉凈1，2，鄒建1，2，宋亞1，2

(1.北京智芯微電子科技有限公司國家電網公司重點實驗室電力芯片設計分析實驗室，北京100192；

2.北京智芯微電子科技有限公司北京市電力高可靠性集成電路設計工程技術研究中心，北京100192)

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