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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。
中图分类号： TN82
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200891
中文引用格式： 孙南，闻志国，姜帆，等. 一种手持终端的470 MHz频段IoT天线设计[J].电子技术应用，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

    无线通信是物联网(IoT)技术实现的关键基础之一[1]，天线作为无线通信能量转换的器件，在无线通信过程中起到重要的作用[2]。近几年IoT终端技术越来越成熟，尤其是手持终端，在IoT通信中的作用越来越突出，在物流、巡检、购物、通信等邻域得到越来越多的应用[2-5]。基于手持终端的功能日益丰富，无线连接也越来越多，相对的电磁环境也变得复杂[6]，这就要求各无线功能具有高质量通信，然而天线是决定通信质量的关键部件之一[7-8]。由于其应用场景和功能不同，天线结构也各有不同，但其共同特点是尺寸小、结构紧凑[9-11]。近年来针对手持终端的IoT天线研究越来越多[12]，这类天线常见的是异性金属天线、FPC（Flexible Printed Circuit）天线、微带天线等。

    本文设计了一种新型手持终端通信天线，主要目的是提升470 MHz频段IoT通信质量。由于现有该频段天线的尺寸大、效率低、增益小、易受干扰等特点，或多或少影响手持终端通信[13]。基于以上问题，本文设计的天线是以FPC软材质为集成平台，采用传输线与天线为一体化设计，最大限度地利用手持终端有限的空间，同时提升天线有效的性能。在有效减小天线尺寸的前提下，通过增加耦合枝，更好地将能量耦合至辐射单元，可有效改善带宽[14]、提升天线性能。FPC柔性软材质天线生产周期短、体积小、重量轻、柔性好，便于集成在移动手持终端设备中[15]。




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作者信息:

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)

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