1983年推出的第一款商業化手機在當時被更多地視為昂貴的新奇事物,而非一種必備工具。這款手機重約2磅,售價相當于今天的9,000多美元,因其體積大而眾所周知,在它10英寸長的機身頂端還可延伸出一條超過5英寸長的橡膠鞭天線。盡管它的外觀尺寸如此巨大,但是它的電池充一次電,只能維持30分鐘的通話。
在過去三十年里,移動電話技術已經經歷了數代發展,與此同時,迅速擴展的特性被集成到更加小巧、輕便、廉價的封裝里。現代移動設備更像是高度便攜的個人計算機而非電話。然而,決定設備無論在何處都能夠進行自由通信的一個很大因素,仍然是它的天線。對移動電話行業來說,要想設計出外形小巧的手機,結構簡單的多頻帶和寬頻帶內置天線已經成為一項必須面對的挑戰。電話制造商在不斷生產具有更多選項的器件的同時,必須保持生產成本低廉。所有這些多樣化的功能彼此影響,在天線設計的原有挑戰之上再添難度。
要想設計出外形小巧的手機,結構簡單的多頻帶和寬頻帶內置天線已經成為移動電話行業必須面對的一項挑戰。

▲上圖:幾何結構圖所示的是器件PCB上建議的耦合饋入印刷天線設計的位置。下圖:天線金屬圖案的尺寸(單位:mm)。輻射帶位于頂部邊緣。薄電感短路帶沿著輻射帶的左側延伸。T形耦合電容帶位于右側輻射帶的下方。
工程師團隊使用ANSYS HFSS設計的小型多頻帶內置天線能夠跨越八個不同頻帶工作。
在中國江南電子通信研究所,一個工程師團隊使用ANSYS HFSS設計出的小型內置多頻帶天線能跨越八個不同頻帶工作。如果無線設備想要用作電話和計算機時都能正常工作,就需要能發送和接收寬頻帶信號(824MHz到2,690MHz)、多頻帶信號(GSM:850MHz、900MHz、1,800MHz和1,900MHz;UMTS:1,920MHz到2,170MHz;WLAN:2,400MHz;以及WiMAX:2,300MHz、2,500MHz)。WLAN、WWAN和WiMAX都是最流行的Wi-Fi網絡類型,而WLAN 2,400MHz屬于藍牙連接所需的頻率。GSM和UMTS頻帶則用于全球手機通信,包括2G、3G、3.5G和4G LTE。

▲在多頻帶信號和寬頻帶信號的頻率范圍內,測得的反射損耗值(單位:dB)與采用ANSYS HFSS預測的反射損耗值的對比。虛線表示電壓駐波比(VSWR)的等效值,用于表現指示頻率上的阻抗匹配度。

▲制成的內置平面印刷天線的前視圖(左)和后視圖(右)

▲頻率為900MHz(左)、1,900MHz(中)和2,600MHz(右)的建議天線設計的金屬部分表面電流密度等值線圖。顏色代表電流密度,紅色為最強。

▲在頻率為(a) 900 MHz、(b) 1,900 MHz和(c) 2,600 MHz時,測得的建議天線的輻射圖