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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

当今社会随着由互联网到物联网的快速发展，各种智能化设备需要将数据传输到服务器上，而4G移动网络具有通信速度快，网络频谱宽，通信灵活，智能性能高，兼容性能好的优势。日益成为物联网的一种重要数据传输手段。目前大多数4G数据传输模块采用外置鞭状天线，安装十分不便，体积大，不利于集成。同时外部天线因为容易遭到损害，并且影响整体的美观感，而当前的硬件设备正向集成化的方向发展。天线也由外置进化为内置再进化为嵌入式。本文所设计的平面印刷天线将天线和4G传输模块集成在一块PCB板子上，这里设计的平面印刷天线属于平面倒F天线(PIFA, Planar Inverted F Antenna)，它是一种常用的平面天线，以其侧面结构与倒反的英文字母F外观雷同而命名的，具有体积小，重量轻，结构简单等优点，通过平面天线表面的开槽技术可以实现在多个频段谐振的效果，因此现被广泛应用于移动通信终端设备。在加工PCB板子时，可以直接将天线加工出来，不需要另外购买天线，这就大大降低了成本，减小了体积，方便安装，而且更加美观。同时本文所要设计的平面天线要满足信息在4G全网通频率下的传输要求（即同时满足国内三大运营商4G传输频率），使得本文所设计的传输模块具有极高的普适性。

国内外研究现状

PIFA天线能很好地满足当今社会对于天线小型化和多频带化的需求。国内外对于PIFA天线性能和要求的改进工作发展的速度较快，同时也正趋于成熟。在国内，兰吉[3]设计和研究了一款简易的平面单极子LTE天线，天线仅由一个平面单极子天线、一个Ｌ形接地枝节和矩形缺陷地构成。辐射方向性具有良好的全向性质且增益满足手机天线的要求,可以覆盖的通讯制式有LTE700、GSM850、GSM 900、GSM 1800、GSM 1900、UMTS2100、LTE2300、LTE2500等。丁伟[6]研究了一款可应用于 GSM/DCS 通信系统的双频 PIFA 天线，通过改变天线表面开槽的位置、天线的高度和接地板的大小来实现天线的宽频化的目的。还研究了一款 WLAN 终端的小型化双频 PIFA 天线，通过改变贴片与接地板之间的相对位置和长辐射枝节的宽度，天线达到了小型化的目的。以及研究了一款可用于 WLAN/Wi MAX 的小型化三频段 PIFA 天线，为了使天线产生三个频段同时不明显改变天线的体积，添加了一个寄生贴片来满足实验目的。高雅[9]针对手机天线小型化、多频段的发展趋势进行了研究与分析，最后针对手机天线的小型化和多频段的要求，设计了两款结构不同的手机天线，带宽覆盖LTE700,GSM850,GSM900,DCS,PCS,UMTS,LTE2300和LTE2500八个频段。实测结果表明，天线各项指标良好。张兴宇[30]等人在T型地板PIFA天线研究的基础上,提出了一种更加实用的小型宽频带PIFA天线，可同时覆盖DCS1800,PCS1900,UMTS,WLAN,DMB等七种无线通信系统的频段。陈伶璐[26]等人提出了一种具有超宽带阻抗匹配特性的紧凑型改进平面倒F天线。该天线由一个驱动F形单元和一个寄生F形单元组成，这两种贴片单元都是倒置的，并且有两个不对称的条带分别连接到两个贴片上，可以获得一个工作在334-1947MHz，VSWR≤2 的超宽带天线。而在国外Hassan Tariq Chattha[23]等人在原有的经典公式的基础上提出了新的公式，使得结果的误差与经典公式的误差相比大大减小。M. I. Hossain[17]等人通过采用 FR-4介质板以及有限范围的集成技术实现了SAR参数值的减小。Achmad Munir[20]等人通过改变介质板的厚度和不断地参数调制实现的天线整体体积的减小。Iftikhar Ahmed[18]等人Chien-Wen Chiu[21]等人David Garrido Lopez[22]等人都是将PIFA天线和开槽技术相结合各自实现了在不同频带谐振的要求。Hassan Tariq Chattha[23]等人提出了双反馈点的方法，改善了天线的性能。

2. 研究的基本内容

1. 首先通过查找和阅读参考资料及文献确定三大电信运营商的4g通信频段，学习常见天线的工作原理，确定本次设计所采用的基本天线形式，学习hfss软件的使用。

2. 根据所选定的天线形式进行4g单频带天线的设计，覆盖中国移动的1880-1890mhz。利用hfss软件对所设计的天线进行建模和仿真，不断调整设计参数并进行优化，直至达到设计要求。

3. 在4g单频带天线设计的基础上进行采用并联分支技术设计4g全网通天线，覆盖三大运营商的全部4g频段。利用hfss软件对所设计的天线进行建模仿真，不断调整设计参数并进行优化，直至达到设计要求。在完成仿真的基础上，进行天线的加工，并测试天线的各项性能指标，与仿真和设计目标对比，针对存在的问题进行完善和优化，直到满足设计要求为止，最终完成设计。

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   3. 实施方案、进度安排及预期效果

   实施方案：

   通过查阅相关文献，了解pifa天线的国内外研究现状。根据调研的结果结合给定的天线尺寸空间选择合适的天线形式。依据设计要求进行理论计算，设计出天线的初始结构，利用hfss对所设计的天线进行仿真，不断优化改进，直到各项性能指标满足要求为止。最后加工天线实物，测试所设计天线的各项性能指标，与仿真结果对比，并进行完善和改进，最终完成设计。

   进度安排：

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   4. 参考文献

   1. 谢拥军 刘莹 李磊 丁海强 雷振亚 .hfss原理与工程应用[m].科学出版社,2009

   2. 傅文斌 .微波技术与天线[m].机械工业出版社,2013

   3. 兰吉.lte多频段手机天线的设计和研究[d].北京：北京邮电大学硕士学位论文，2018。

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