1、4G移動通信系統HFSS天線設計的探討摘要：伴隨著科學技術的迅猛發展，移動通信系統已經由最初的1G逐級發展至 現如今的4G，人們已經能夠完全實現隨時隨地跨時空溝通與聯絡。移動通信業務 也從原始的語音業務發展至當前的多媒體無障礙傳輸，在 4G 移動通信系統當中 不僅容量得以進一步增加，傳輸速率和傳輸質量也已經上升至一個全新的高度。 本文將主要談談4G移動通信系統中HFSS天線的設計。關鍵詞：4G；移動通信系統；HFSS天線；設計 引言：在現階段的 4G 移動通信系統當中，移動終端越來越小巧同時能夠與 整機完美匹配，但為進一步提升傳輸速率，優化傳輸質量同時實現大容量的數據 傳輸，需要使用多天線技術

2、，然而考慮到整機的外觀，用于安裝天線的空間位置 被不斷壓縮。HFSS仿真軟件的出現則能夠將天線設計方案進行優化，下面本文將 圍繞4G移動通信系統HFSS天線設計展開簡要論述。一、4G移動通信系統中的HFSSHFSS 是英文 High Frequency Structure Simulator 的縮寫，翻譯成漢語即為高頻 結構仿真器，從本質上來說高頻結構仿真器其實是一款三維電磁仿真軟件同時也 是世界上首個被商業化的三維結構電磁場仿真軟件，該軟件最早由 Ansoft 公司研 發而成。現階段在業內人們將HFSS看做是設計、分析三維電磁場的主要標準。 在 HFSS 當中擁有清晰、直觀、間接的用戶設計界

3、面，能夠對任意的自適應場、 以三維無源結構為主要結構方式的電磁場、 S 參數等各類相關參數進行精確求解， 同時其內置的后處理器具有強大的分析電性能能力。通常情況下，在移動通信系 統當中人們常常選擇使用HFSS即高頻結構仿真器設計天線，或是用于計算例如 方向圖、實際增益數值等各種參數。除此之外，通過HFSS還可以借助于二維圖或 三維圖的形式對圓極化分量、球形場分量以及移動通信系統當中各天線的極化特 性進行繪制。不僅如此，利用HFSS仿真軟件設計天線，能夠大大降低計算傳輸 常數、 S 參數端口特性阻抗、天線結構的諧振解等各類與電磁場有關的參數難度， 從而順利完成 MIMO 多天線設計1。二、4G移

4、動通信系統HFSS天線的設計（一）天線結構根據4G移動通信系統對容量、傳輸速率和傳輸質量的具體要求，設計選用 尺寸為28毫米X 60毫米的天線，經過反復試驗證明該尺寸的天線能夠在 1880MHz到2635MHz頻帶內正常工作運行，TD-LTE中F和D頻帶的要求也能有 效滿足。另外這一尺寸的天線可以將駐波比控制在1.5以內，在755MHz的工作 頻帶內，該天線的分集隔離度也能夠有效控制在-18dB以內。4G移動通信系統設 計天線采用FR4作為其背板介質材料，同時在背板上層會粘貼兩個T行單級子。 天線變量如下圖所示：表 1 天線的具體變量（二）設計方案4G 移動通信系統為大幅度提升增益，選擇使用分

5、集技術，其中接收天線與發 射天線需要通過在天線單元陣列當中的最小單元數來衡量最終移動通信系統的實 際容量。天線單元數與移動通信系統容量成正相關性，也就是說天線單元數越多， 移動通信系統的容量也就越大。但由于在移動終端內部中只有有點的空間資源， 很難在此中充分使用方向圖，由于極化分集只需要占據極小一部分天線分布空間， 因此在設計天線時需要使用極化分集方式。另外展寬前向輻射波瓣是優化單元天 線方向圖的重要前提條件，同時為盡可能的降低天線后向輻射，開辟出更多的多 晶路線，使得接收端能夠最大限度的接受散射波，避免人體應受到電磁波輻射造 成損傷，因此在選擇MIMO系統終端天線時盡量選擇帶有地板的天線形式

6、譬如說 微帶貼片天線等2。（三）仿真結果通過使用HFSS軟件對4G移動通信系統設計的天線方案進行仿真后，可以明 確得知位于天線信號端口的回波的實際損耗情況：圖 1 天線信號端口處回波損耗仿真曲線通過仿真曲線圖可以看出，本次為4G移動通信系統設計的天線為2.43GH的 諧振頻率，并且在諧振頻率處于2.43GHz時天線大約損耗了-37.5dB左右的回波。 而這一數值也是通過HFSS軟件進行仿真得出的確切數值，在與既定的設置參數 和優化五十次迭代之后，有效將設計天線的回波損耗控制在-30dB以內3。在 HFSS軟件的仿真下，可以準確了解到天線的諧振頻率與貼片長度之間有著直接聯 系，當貼片長度越長時，

7、天線諧振頻率反而呈現出遞減趨勢，因此若想控制諧振 頻率可以通過控制天線貼片的長度實現這一目的。但天線貼片的寬度與其諧振頻 率之間并無任何直接聯系，也就是說無論天線貼片的寬度如何變化，都不會影響 天線天線的諧振頻率。下圖所展示的是借助HFSS軟件仿真出4G移動通信系統中 天線輸入阻抗和饋電位置之間的關系：圖 2 天線輸入阻抗與饋電位置關系圖 通過分析關系圖可以看出，天線輸入阻抗處于天線貼片中心位置的饋電位置 處是其電阻數值要遠遠小于其位于天線貼片邊緣的饋電位置處，而位于天線貼片 中心饋電位置處天線輸入阻抗中的電抗數值，卻要遠遠小于位于天線貼片邊饋電 位置處的天線輸入阻抗電抗。（四）結果分析通過利

8、用HFSS對4G移動通信系統的設計天線進行仿真，了解到本文提出的 設計方案能夠有效擴大輻射覆蓋范圍，達到較好的分集效果，并且同時能夠充分 發揮出通信MIMO技術應有的作用。面對不斷飛速的移動通信事業，人們也對移 動通信的傳輸容量、傳輸速率、傳輸質量等提出了更高的要求。本文通過使用 HFSS仿真軟件對提出的天線設計方案進行仿真實驗，同時將用戶與基站之間進行 有效連接，促使多媒體數據能夠自由穿梭在用戶和基站中間，從而不斷提升 4G 移動通信系統的傳輸速率，增強用戶的傳輸體驗。由此可以看出，本文提出的天 線設計方案具有一定的優越性和先進性，基本可以滿足人民群眾對移動通信系統 的高要求4。結論：總而言

9、之，針對已經更新到第四代的移動通信系統，為有效提升其信 息數據的傳輸質量和傳輸效率，本文提出使用HFSS仿真軟件設計出天線方案。 通過采用分集天線和極化分集的方式，徹底解決移動通信終端天線預留空間較小 的問題，不斷優化分集效果。另外，HFSS仿真軟件真實的展示出了方向圖和天線 性能情況，本文在此基礎上優化了幾個天線中的重要參數，實現天線設計方案的 整體優化。參考文獻：1趙迎，王琪，金晨，房柳君.4G移動通信系統HFSS天線設計的探討J.無線電 工程， 2016， 03:58-61.2田金鳳，鄭小盈，胡宏林，尤肖虎.淺談4G移動通信系統的發展趨勢以及 HFSS 天線設計J.科學通報，2015，05:299-3