蓝牙是一种支持设备短距离通信(一般是10 m之内)的无线电技术,能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑等众多设备之间进行无线信息交换,工作频段是工业、科研、医疗(2.4~2.483 GHz)全球通信自由频段,目前已经广泛应用在移动通信设备中。天线是蓝牙无线系统中用来传送电磁波的重要器件,目前尚无法整合到半导体芯片中。在蓝牙产品中,蓝牙天线的尺寸和性能决定了整个蓝牙模块的尺寸和性能。随着移动通信的发展,个人移动设备趋于小型化和轻薄化,为了适应这一发展,蓝牙天线的尺寸有了严格的要求。单极子天线尺寸过大,不适应于移动通信设备中。传统的PIFA天线虽然将尺寸减小了一半,但相对快速小型化的移动通信产品而言还是尺寸过大。本文根据传统印制倒F型天线的工作原理,设计了一种折叠PIFA天线,尺寸只有16 mm×4.5 mm,设计简单、制造成本低、工作效率高,适用于蓝牙系统。
1 传统印制倒F型天线的分析
印制倒F型天线是上世纪末发展起来的一种天线,目前其理论分析都趋于成熟,其应用范围也日趋广泛。他具有结构简单、重量轻、可共形、制造成本低、辐射效率高、容易实现多频段工作等独特优点,因此近几年印制倒F型天线得到了广泛的研究和发展。
印制倒F型天线的结构如图1所示,由长为L的终端开路传输线与长为S的终端短路传输线并联而成,当传输线导体线宽d《H,传输线的特性阻抗Z0可以表示为:
由长线理论可知终端短路和终端开路传输线的输入电抗分别为:
当忽略损耗时,天线的输入电阻即等于其辐射电阻,由文献给出的倒F型天线的辐射电阻可得天线电阻为:
当天线水平部分的长度L=λ/4时,由式可知,天线的输入电抗为0,天线处于谐振状态,即: