Reconfigurable PIFA with a capacitive lumped element - Simulation and measurements
Author
Feldstedt, Oskar Kjul
Term
7. semester
Education
Publication year
2023
Pages
80
Abstract
Dette bachelorprojekt undersøger designet af en kompakt, rekonfigurerbar Planar Inverted-F Antenna (PIFA) til et LTE-baseret IoT-produkt, der skal kunne anvendes i EU og USA. Enheden er begrænset af et printkort på 100×60×10 mm med 20 mm frigang til antennen og skal dække LTE-lavbåndet 698–960 MHz og højbåndet 1710–2170 MHz. Krav fra bl.a. AT&T om en TRP på 18 dBm indebærer en nødvendig antenneeffektivitet på mindst −5 dB. En designanalyse førte til valget af PIFA, hvor rekonfigurering opnås ved at integrere et kapacitivt lumpet element. Antennen blev modelleret og optimeret i CST, bygget efter de samme specifikationer og karakteriseret med VNA-målinger af S11 samt effektivitetsmålinger i en MVG StarGate 24-kammer efter kalibrering. Resultaterne viser, at den indførte kondensator effektivt kan flytte resonans og dermed demonstrere tunbarhed, men de afprøvede konfigurationer dækker ikke alle påkrævede bånd og opfylder ikke fuldt ud målsætningerne på tværs af dem. Rapporten diskuterer matching i højbåndet, båndbreddebegrænsninger og målekonsistens og peger på behov for yderligere optimering af matching og båndbredde for at opnå fuld dækning og effektivitet.
This bachelor thesis investigates the design of a compact, reconfigurable Planar Inverted-F Antenna (PIFA) for an LTE-based IoT device intended for use in the EU and the US. The device is constrained by a 100×60×10 mm PCB with 20 mm antenna clearance and must cover the LTE low band at 698–960 MHz and the high band at 1710–2170 MHz. Operator requirements, such as AT&T’s 18 dBm TRP, imply a minimum antenna efficiency of −5 dB. A design analysis led to selecting a PIFA, with reconfiguration achieved by integrating a capacitive lumped element. The antenna was modeled and optimized in CST, fabricated to match the simulations, and characterized via VNA S11 measurements and total efficiency measurements in an MVG StarGate 24 chamber after calibration. Results show the capacitor effectively shifts resonance, demonstrating tunability, but the tested configurations do not yet cover all required bands or fully meet targets across them. The report discusses upper-band matching, bandwidth limitations, and measurement consistency, and outlines the need for further matching and bandwidth optimization to achieve complete coverage and efficiency.
[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]
Documents