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一种手持终端的470 MHz频段IoT天线设计

2021年电子技术应用第1期

孙南1，2，闻志国1，2，姜帆1，2，李延1，2，王玉净1，2，邹建1，2，宋亚1，2

1.北京智芯微电子科技有限公司国家电网公司重点实验室电力芯片设计分析实验室，北京100192； 2.北京智芯微电子科技有限公司北京市电力高可靠性集成电路设计工程技术研究中心，北京100192

摘要： 许多手持终端设备都需要一种轻便、紧凑的接收和发射天线，FPC天线以重量轻、厚度薄等特点收到广大设计师的青睐。为获得适合尺寸、带宽和增益的天线，提出一种以FPC软材质为集成平台，采用传输线与天线为一体化设计，在保持天线大小不变的情况下，通过增加耦合枝的方式增强辐射单元能量耦合，从而有效改善带宽和提升增益。传输线与天线一体化设计可以有效利用天线空间，改善端口特性。通过仿真与实际测试，天线带宽满足在470 MHz~510 MHz工作频段，S11＜-10 dB。在490 MHz处S11＜-12 dB，有效增益0 dBi。

關鍵詞： 耦合枝带宽一体化回波损耗

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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