移动终端5G天线的研究与设计

移动终端5G天线的研究与设计

梁德流

深圳市博格斯通信技术有限公司   广东 深圳 518000

摘要：移动通讯方式的转化速度虽然较快，但是在现有环境下仍旧难以适应高速增长的用户量以及高速的数据传输信息化要求。因此5G就被技术人员所提出。202哦你按5G正式实现了商用。而天线作为移动终端的主要组成部分，可以实现移动终端的多网络通信环境的兼容，也需要覆盖多个方面满足频段以及更宽的宽带。在满足功能性使用之外，用户对于设备本身的外观形态也有了较高的要求，设备的金属边框、全屏化都让天线所占据的面积逐渐地缩小。为此本文就针对于小型化、多频段的实际需求，设计了移动终端天线。

关键词：移动终端；5G；天线

在近30年的发展之中，移动通信技术创新发展速度加剧，移动终端通信设备也得到了广泛的使用，尤其是手机，已经成为了当前不可缺少的通讯交通设备。移动通信地发展可以划分为模拟蜂窝式移动通信，主要满足语音服务，以模拟技术和频分多址技术为主。数字移动通信，以数字信号处理技术为主。多媒体业务为主的移动通信系统和移动通信系统。随着信息化产业的稳定发展移动终端5G的提出加快了虚拟现实技术的实现。而天线作为终端设备，是实现设备通信的关键组件，其性能的质量会直接影响到终端设备的使用质量以及用户的体验。由此观之移动终端5G天线的研究有着重要的实际应用价值。

一、移动终端5G天线的基本参数分析

移动终端5G天线的输入阻抗会直接影响设计的天线与馈线之间的配合效果，是现阶段天线设计之中的一个主要的参数。在管线与天线连接的位置设定输入电压与输入电流，并且将其设定为阻抗，最终的表达如下所示：

在整个天线结构以及周边电磁环境的影响下，都会导致天线的输入抗阻出现影响。通过输入电阻以及输出电阻的分析，可以得知，电抗所表示的是天线存储在近场区的功率大小。当天线在工作频率电场的输入抗阻和馈线的特性抗阻达到相同情况下降低，这个过程中的天线和馈线相一致，能量在馈线位置的宽口反射最小，更多的能量将会输送到天线上，逐渐的被辐射出去。在天线和传输线完全匹配的状态下，传输线之中没有反射波。[1]这种传输线被称之为行波。当不匹配的情况出现时，传输线之中就会出现反射波。当频率、振幅达到一致的情况，但方向相反的两个波相互叠加就会形成驻波。驻波本身的波腹与波节点之间的电压值比可以称之为电压驻波比，所形成的表达方式如下：

二、移动终端5G天线设计

为了达到最佳的设计效果，在进行移动终端5G天线的设计过程中我们可以将其划分为七个天线单元进行构建。天线单元一在实际的工作中主要在WWAN/LTE频段之间进行工作，天线单元之中剩下的几个单元结构相一致，分别对称分布在介质基础板的两端位置，每一边的天线单元间隔都是20毫米，工作的频段主要集中在3.3-3.6 GHz和4.8-5.0 GHz。天线设计工作落实的过程中，我们所选择的介质基础板较为明确，要求设计结构下的损耗角最终的正切在0.02左右，相对的介电常数为4.4，基板的尺寸为135×65×0.8 mm³。

我们通过模拟和分析构建出了移动终端5G天线单元的详细结构尺寸大小，天线单元按照相关的要求分布在不同的基板位置，由上下两个部分构成。在地板的侧边开一个尺寸为11.5 mm×3.6 mm的开槽，槽中位置放置一个天线结构，在基板的另一面放置一个完整的单极子结构，两个结构的组合构建让天线单元的带宽可以满足现行的使用需求。天线结构分布在基板的两段位置，通过增加频点继而有效的减少天线所需要的面积。[2]

通过分析天线之中的各个组成部分的实际作用，我们可以将天线的结构处于不同的数值形态下，对于相关的参数影响形态进行分析，实现仿真处理。基于设计者所提出的馈电直接对于接地寄生直接之间的馈电作用影响，可以观察得知，其长度的变化会直接的导致低频段匹配问题的出现。

接地寄生枝节的分枝和末端枝节的长度大小变化对于整个谐振频点的影响较为突出。低频段所遭受到的影响相对较小，这是因为电流分布的影响所导致。在电流分布系列的接地寄生枝节以及分支可知，谐振频点很容易受到多种外部因素的影响。但是在枝节的末端电流强度相对较弱，因此就需要在此转化枝节长度对于谐振频点所产生的影响。

移动终端5G天线的设计过程中天线单元的1回波损耗仿真处理以及测试分析结果呈现出的效果，说明了天线实测回波损耗主要为0.695-0.964 GHz、1.62-2.70 GHz，可以覆盖WWAN/LTE频段。在0.695-0.964 GHz、1.62-2.70 GHz频段内实测的谐振频点出现偏移以及匹配效果变差，这是因为加工的实际精度、末端的焊接以及实际测试试验所出现的误差所导致，但是频带范围与仿真的结果基本保持一致。天线单元的2-7之间在5G的两个频段环境下的回波损耗的仿真测试效果和原本的测试仿真数据之间大致相同，两个天线单元的带宽可以直接覆盖3.3-3.6 GHz和4.8- 5.0 GHz，满足5G频段的带宽要求。

相较于传统的4G网络环境，5G需要的是更大幅度的数据提升速度。而通过不断的优化拓展和带宽环境模式的分析，实现了信道容量的拓宽，由此为基础构建出来的网络新带宽以及多天线之间的组合系统构建，将整个系统划分为一个工作在WWAN/LTE频段的天线和工作在3300-3600 MHz、4800-5000 MHz的六个天线单元。随着移动终端集成技术的广泛使用，天线可以占据的面积逐渐的缩小，因此为了实现天线的小型化管理模式构建，就需要设计一个窄型宽度且频率可重新构建成为一个终端的天线环境。在天线的结构形式之中加入二极管，通过二极管的工作状态转化天线频率结构。

移动装袋设备金属边框的出现也较为典型，因为金属边框都较为靠近天线结构，因此就会对天线的性能产生出较为直接的影响，为了规避金属边框的干扰，我们就需要设计出一款有金属边框的移动终端天线，设计之中充分的使用边框结构，将其作为设计的一个主要的部分。

三、移动终端5G设计展望

在时代的发展中我们进入了互联网时代，信息通讯的重要性不言而喻，为了达到最佳的工作效果，各国之间都积极的配合，并且制定出了更加全面具体的工作任务标准，以求加快5G产业的稳定发展。而在此背景下我们所提及的移动终端5G，更是针对当前现状所构建的。在我们的设计之中天线的设计是在一种理想的环境下实现的，没有充分地考虑到终端内部的环境变化，也没有考虑到今后天线设备结构的实际应用，只是在仿真环境下进行一种最接近实际使用环境的模仿。在带有金属边框的天线设计模式下，基板的四周边框并不是一种完全实现闭合的结构性天线，因此就需要在后期的天线结构设计上作出适当的调整优化。随着移动通信网络的发展，移动终端设备也有了新的发展模式，在未来的发展之中也会呈现出更多的功能，因此就需要寻找出一种新型的方式对天线进行高精度优化。在5G的通信环境下除却使用了低频段，在，24 GHz以上的毫米波频段也会被逐渐的使用到5G的通信环境之中，相较于较低的频段环境，毫米波有着更宽的带宽，可以有效地提升数据的传输速度，但是毫米波在空气之中的损耗较大，在后期的工作之中也会结合实际的应用操作需求，设计出实现波束空间扫描的5G毫米波天线阵列。

总结：当前的移动设备的金属边框已经成为一种流行趋势，因为金属边框较为靠近天线结构，因此往往会对天线的实际性能产生出较为直接的影响，为了规避金属边框的干扰，我们就设计了一款带有金属边框的移动终端天线，设计之中充分地使用了边框结构，将其设计为天线的一个主要的组成部分，实际占用的空间较小，具有较为鲜明的使用价值。

参考文献

[1]王友保,郑国庆,顾梦云.基于微波网络理论的L波段高增益 阵列天线设计[J].科学技术与工程.2019,(9).121-126.doi:10.3969/j.issn.1671-1815.2019.09.019.

[2]杨明,孙玉发.一种新型小型化十一频段手机天线设计[J].西安电子科技大学学报（自然科学版）.2018,(2).116-121.doi:10.3969/j.issn.1001-2400.2018.02.020.

作者简介：梁德流 （1983年9月）男，汉族，  广东省中山市 ， 本科， 副总经理，  研究方向：5G天线