外置天線(xiàn)的性能特點(diǎn)簡(jiǎn)介

1、外置天線(xiàn)的性能特點(diǎn)簡(jiǎn)介李亞 傳統(tǒng)的手機(jī)天線(xiàn)可以根據(jù)天線(xiàn)所處的位置分為外置天線(xiàn)和內(nèi)置天線(xiàn)兩大類(lèi)。常用的天線(xiàn)類(lèi)型: 波長(zhǎng)單極線(xiàn)天線(xiàn)、半波長(zhǎng)偶極天線(xiàn)、螺旋天線(xiàn)、PCB印制螺旋天線(xiàn)、微帶貼片天線(xiàn)、縫隙天線(xiàn)、IFA天線(xiàn)和倒L天線(xiàn)、PIFA天線(xiàn)、陶瓷天線(xiàn)。 波長(zhǎng)單極棒狀線(xiàn)天線(xiàn) 半波長(zhǎng)雙極棒狀線(xiàn)天線(xiàn) 螺旋棒狀天線(xiàn)外置天線(xiàn)的主要類(lèi)型 棒狀天線(xiàn)是一種可彎曲的垂直桿狀天線(xiàn)，其長(zhǎng)度一般為1/4或1/2波長(zhǎng)。為增大棒狀天線(xiàn)的有效高度，可在棒狀天線(xiàn)的頂端加一些不大的輻狀葉片或在棒狀天線(xiàn)的中端加電感等。棒狀天線(xiàn)(Whip Antenna)是一種應(yīng)用相當(dāng)廣泛的水平平面全向天線(xiàn)，最常見(jiàn)的棒狀天線(xiàn)就是一根金屬棒，在棒的底部與地

2、之間進(jìn)行饋電。為了攜帶方便，可將棒分成數(shù)節(jié)，節(jié)間可采取螺接、拉伸等連接方法。 h(a)(b)極化極化 棒狀天線(xiàn)是一種垂直極化天線(xiàn)，在理想導(dǎo)電地面上，其輻射場(chǎng)垂直于地面，在實(shí)際地面上雖有波前傾斜，但仍屬垂直極化波。方向圖方向圖地面對(duì)棒狀天線(xiàn)的影響可以用天線(xiàn)的正鏡像代替，棒狀天線(xiàn)的方向圖與自由空間對(duì)稱(chēng)振子的一樣，但只取上半空間。在理想導(dǎo)電地上，棒狀天線(xiàn)的輻射電阻是相同臂長(zhǎng)自由空間對(duì)稱(chēng)振子的一半，而方向系數(shù)則是2倍。棒狀單極天線(xiàn)電性能棒狀單極天線(xiàn)電性能 對(duì)理想導(dǎo)電地來(lái)說(shuō)，或在有良好的接地系統(tǒng)的情況下，棒狀天線(xiàn)的輸入阻抗等于相應(yīng)對(duì)稱(chēng)振子輸入阻抗的一半。但在實(shí)際計(jì)算輸入阻抗的電阻部分時(shí)，若采用輸入阻抗輸

3、入阻抗對(duì)地的分布電容自由空間對(duì)稱(chēng)振子的方法，則誤差很大，因?yàn)榇藭r(shí)輸入到天線(xiàn)的功率，除一部分輻射外，大部分將損耗掉。除天線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)、附近導(dǎo)體及介質(zhì)等引起的損耗外，還有相當(dāng)大的功率損耗在電流流經(jīng)大地的回路中，傳導(dǎo)電流和位移電流構(gòu)成廣義的電流回路概念。因此輸入電阻包括兩部分，即 Rin=Rr0+Rl0棒狀天線(xiàn)的電流回路棒狀天線(xiàn)的電流回路 由于損耗電阻大，同時(shí)又由于受到天線(xiàn)高度H的限制，輻射電阻通常很小，故短波棒狀天線(xiàn)的效率很低，一般情況下僅為百分之幾甚至不到1%。因此，如何提高短波棒狀天線(xiàn)的效率成為本節(jié)要講述的重要內(nèi)容之一。 效率效率加負(fù)載加負(fù)載 垂直接地天線(xiàn)的加載原因：在長(zhǎng)、中波波段 , 由于天線(xiàn)的電

4、高度不可能很高 , 因此其輻射電阻很低 , 要在不增加 高度 h 的條件下增大輻射電阻 , 唯一的辦法是提高天線(xiàn)的有效高度 he。由有效高度 he 的定義即式 可知,若設(shè)法改變沿天線(xiàn)的電流分布 I(l), 則可以提高h(yuǎn)e 。理想的情況是其電流分布等同于電基本振子的電流分布,即沿線(xiàn)的電流是等幅同相的 , 則 he=h 。可以采用加載的辦法來(lái)改善電流分布 , 001( )hehI zI 從效率的定義可知，要提高棒狀天線(xiàn)的效率，不外乎從兩方面著手，一是提高輻射電阻，另一是減小損耗電阻。在棒狀天線(xiàn)的頂端加小球、圓盤(pán)或輻射葉，這些均稱(chēng)為頂負(fù)載。天線(xiàn)加頂負(fù)載后，使天線(xiàn)頂端的電流不為零，這是由于加頂負(fù)載加大

5、了垂直部分頂端對(duì)地的分布電容，使頂端不是開(kāi)路點(diǎn)，頂端電流不再為零，電流的增大使遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)也增大了。小球圓盤(pán)輻射葉加載的內(nèi)容可以是電容性或電感性負(fù)載。001cot1arctan()aaZkhChZCk 計(jì)算頂負(fù)載的作用時(shí)，可將頂端的電容等效為一段延長(zhǎng)線(xiàn)h，同時(shí)，天線(xiàn)電流分布就比較均勻，如圖所示。設(shè)頂端電容為Ca，垂直線(xiàn)段的特性阻抗為Z0，則此等效長(zhǎng)度h可計(jì)算如下:式中單根垂直導(dǎo)線(xiàn)的特性阻抗為0260(ln1)hZa加感線(xiàn)圈電流分布加電感線(xiàn)圈（Induction Coil） 在短單極天線(xiàn)中部某點(diǎn)加入一定數(shù)值的感抗，就可以部分抵消該點(diǎn)以上線(xiàn)段在該點(diǎn)所呈現(xiàn)的容抗，從而使該點(diǎn)以下線(xiàn)段的電流分布趨于均勻加

6、電感線(xiàn)圈改善天線(xiàn)電流分布從理論上說(shuō)，感抗愈大，則加感點(diǎn)以下的電流增加量愈大，這對(duì)提高有效高度有利；但是當(dāng)電感過(guò)大時(shí)，不僅增加了大小，而且線(xiàn)圈的電阻損耗也加大，反而會(huì)使天線(xiàn)效率降低。對(duì)稱(chēng)偶極子天線(xiàn)是中間饋電，其兩臂由兩段等長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成的天線(xiàn)。一臂的導(dǎo)線(xiàn)半徑為a，長(zhǎng)度為l。半波長(zhǎng)偶極天線(xiàn)半波長(zhǎng)偶極天線(xiàn)13對(duì)稱(chēng)振子上的電流分布和開(kāi)路傳輸線(xiàn)的電流分布相似，亦按正弦分布形式。2 L = /22L = 2L = 22 L = 3/2四種長(zhǎng)度的對(duì)稱(chēng)天線(xiàn)方向圖四種長(zhǎng)度的對(duì)稱(chēng)天線(xiàn)方向圖sincos2cos)(fsin1)coscos()(fsincos23cos)(fsin1cos2cos)(f半波天線(xiàn)半波天線(xiàn)全

7、波天線(xiàn)全波天線(xiàn)偶極子天線(xiàn)的特點(diǎn)1 振子的終端是電流的波節(jié)；2 離終端四分之一波長(zhǎng)處是波腹，再經(jīng)四分之一波長(zhǎng)處為波節(jié)一次重復(fù)；3 在振子上電流經(jīng)過(guò)零值時(shí)，電流相位改變180度；4振子輸入端的電流值由振子長(zhǎng)度l和波長(zhǎng)的比值決定；5振子兩臂相對(duì)應(yīng)點(diǎn)的電流值相等。螺旋棒狀天線(xiàn)螺旋棒狀天線(xiàn)由金屬導(dǎo)線(xiàn)繞成螺旋形狀的天線(xiàn)。它由同軸線(xiàn)饋電，在饋電端有一金屬板。螺旋天線(xiàn)的方向性在很大程度上取決于螺旋的直徑(D)與波長(zhǎng)()的比值D/ 發(fā)生法向模式時(shí)，由于法向螺旋天線(xiàn)與波長(zhǎng)相比很小，假設(shè)在其全長(zhǎng)電流的幅度和相位均勻，遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖與圈數(shù)無(wú)關(guān)當(dāng)D/0.18時(shí)，螺旋天線(xiàn)在包含螺旋軸線(xiàn)的平面上有8字形方向圖，在垂直于螺旋軸線(xiàn)

8、的平面上有最大輻射，并在這個(gè)平面得到圓形對(duì)稱(chēng)的方向圖。這種天線(xiàn)稱(chēng)為法向模螺旋天線(xiàn) 當(dāng)D/0.250.46（即一圈螺旋周長(zhǎng)約為一個(gè)波長(zhǎng)）時(shí)，天線(xiàn)沿軸線(xiàn)方向有最大輻射，并在軸線(xiàn)方向產(chǎn)生圓極化波。這種天線(xiàn)稱(chēng)為軸向模螺旋天線(xiàn) 發(fā)生軸向模式時(shí)，軸向螺旋天線(xiàn)上的電流幾乎是由饋電點(diǎn)向外傳播的純行波，在其末端有很小的發(fā)射，因而返回地板的入射波非常微弱，地板的影響可以忽略。螺旋線(xiàn)的周長(zhǎng)約為一個(gè)波長(zhǎng)，一圈相對(duì)兩側(cè)的電流相位相反，而螺旋線(xiàn)的圈對(duì)于相對(duì)點(diǎn)的電流又起倒向作用，因而每圈相對(duì)點(diǎn)處的電流實(shí)質(zhì)上同相，導(dǎo)致沿螺旋線(xiàn)軸向遠(yuǎn)場(chǎng)相互加強(qiáng)。當(dāng) D/進(jìn)一步增大時(shí)，最大輻射方向偏離軸線(xiàn)方向 0的螺旋為平面上的單圈螺旋，取周長(zhǎng)近似等于一個(gè)波長(zhǎng)，并假定線(xiàn)上運(yùn)載行波電流。在某一瞬時(shí)線(xiàn)上是正弦電流分布,在和x與y軸對(duì)稱(chēng)的任意四點(diǎn)A、B、C、D,這些電流的方向相反，它們的作用彼此抵消，所以在z軸方向只有Ey分量起作用。繞圈運(yùn)載的是行波，電流沿線(xiàn)圈的分布將繞z軸旋轉(zhuǎn)。因此，在z軸方向的電場(chǎng)Ey也繞z軸旋轉(zhuǎn)，于是在軸向產(chǎn)生極化波，并有最大輻射，故稱(chēng)為軸向模輻射。為了進(jìn)一步展寬頻帶，可將螺旋天線(xiàn)做成圓錐形 頻帶展寬遠(yuǎn)離：頻帶展寬遠(yuǎn)離：類(lèi)似對(duì)數(shù)周期天線(xiàn)“有效輻射區(qū)”隨頻率變化而沿天線(xiàn)軸移動(dòng)的那樣，低頻時(shí)，直徑較大的那幾個(gè)螺