平面倒F天线(PIFA)是一种广泛应用于手机和平板电脑的天线。与微带贴片天线相比，PIFA在微带技术实现中更加紧凑，因此在移动天线设计中备受青睐。

本文展示了两个典型PIFA操作场景的仿真:一个是在自由空间中的天线，另一个是安装在手机电路板上的天线。考虑了矩形和曲面PIFA，如图1所示。PIFA设计为具有双频带特性，分别在0.9GHz(低频段)和1.8GHz(高频段)。

使用WIPL-D软件(基于全波3D电磁矩量法(MoM)的求解器)对PIFA应用场景进行建模和仿真。结果表明，WIPL-D仿真效率很高(使用廉价硬件在相对较短时间内完成)。

自由空间中的PIFA

使用 WIPL-D Pro CAD 从头开始创建自由空间中的PIFA CAD 模型(图1)。接下来，对PIFA进行网格划分并转换为WIPL-D Pro本地格式。网格化模型如图2所示。

首先，在自由空间中对PIFA进行仿真。低频段的S参数如图3所示，高频段的S参数如图4所示。

手机中的 PIFA

将手机的CAD 模型导入WIPL-D Pro CAD并转换为 WIPL-D Pro本地格式(图5)。将PIFA导入WIPL-D Pro模型，并适当地放置在导入的手机中(图6和图7)。使用各种金属形状对手机内的地平面和电子设备进行了建模(图6和图7)。

仿真得到的S参数如图16和图17所示，并与自由空间的结果进行了比较。

谐振频率的辐射图

从图16和图17可以推导出PIFA在低频段和高频段、自由空间和手机内的谐振频率。自由空间和手机内的圆形和矩形PIFA的辐射图如图8-15所示。自由空间中辐射天线的辐射图计算频率选择与PIFA放置在手机内时的谐振频率一致。

例如，自由空间中矩形PIFA在低频段的辐射图计算频率为910.53MHz。辐射图在3D空间中的73x73=5,329个点上计算(theta角从-90到90度有73个点，phi角从0到360度有73个点)。

仿真

用于这些仿真的计算机配置如表1所示。

通过使用GPU卡加速计算。加速仅应用于矩阵求逆，其他操作在CPU上执行。每个频率的未知量和仿真时间如表2所示。可以注意到，不同频段的适当模型需要相同数量的未知量(例如，手机内低频段和高频段的矩形PIFA)。这实际上是收敛性检查的结果。执行收敛性检查后，决定输出结果与核参数参考频率(等于2GHz)收敛。每个仿真模型中使用相同的核参数。

结论

本文展示了成功的PIFA天线布置场景的计算机仿真。使用WIPL-D软件对天线布置场景进行了仿真，利用了WIPL-D产品:WIPL-D Pro和WIPL-D Pro CAD。计算结果为两个频率带的S参数和辐射图，代表了手机通信中使用的频带。

结果表明，对于特定的手机，设计用于自由空间的天线可以在手机内使用，而不会显著降低性能。

表明手机的CAD模型可以成功导入并转换为WIPL-D Pro本地格式，所有模型在合理时间内完成仿真。仿真时长、所用资源和获得的结果表明，WIPL-D软件适合复杂建模和各种天线-手机场景的高效仿真。