外置天線的性能特點(diǎn)簡(jiǎn)介

1、外置天線的性能特點(diǎn)簡(jiǎn)介李亞 傳統(tǒng)的手機(jī)天線可以根據(jù)天線所處的位置分為外置天線和內(nèi)置天線兩大類。常用的天線類型: 波長(zhǎng)單極線天線、半波長(zhǎng)偶極天線、螺旋天線、PCB印制螺旋天線、微帶貼片天線、縫隙天線、IFA天線和倒L天線、PIFA天線、陶瓷天線。 波長(zhǎng)單極棒狀線天線 半波長(zhǎng)雙極棒狀線天線 螺旋棒狀天線外置天線的主要類型 棒狀天線是一種可彎曲的垂直桿狀天線，其長(zhǎng)度一般為1/4或1/2波長(zhǎng)。為增大棒狀天線的有效高度，可在棒狀天線的頂端加一些不大的輻狀葉片或在棒狀天線的中端加電感等。棒狀天線(Whip Antenna)是一種應(yīng)用相當(dāng)廣泛的水平平面全向天線，最常見的棒狀天線就是一根金屬棒，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 棒狀天線是一種垂直極化天線，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)棒狀天線的影響可以用天線的正鏡像代替，棒狀天線的方向圖與自由空間對(duì)稱振子的一樣，但只取上半空間。在理想導(dǎo)電地上，棒狀天線的輻射電阻是相同臂長(zhǎng)自由空間對(duì)稱振子的一半，而方向系數(shù)則是2倍。棒狀單極天線電性能棒狀單極天線電性能 對(duì)理想導(dǎo)電地來說，或在有良好的接地系統(tǒng)的情況下，棒狀天線的輸入阻抗等于相應(yīng)對(duì)稱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)稱振子的方法，則誤差很大，因?yàn)榇藭r(shí)輸入到天線的功率，除一部分輻射外，大部分將損耗掉。除天線導(dǎo)線、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棒狀天線的電流回路棒狀天線的電流回路 由于損耗電阻大，同時(shí)又由于受到天線高度H的限制，輻射電阻通常很小，故短波棒狀天線的效率很低，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 垂直接地天線的加載原因：在長(zhǎng)、中波波段 , 由于天線的電

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,即沿線的電流是等幅同相的 , 則 he=h ?？梢圆捎眉虞d的辦法來改善電流分布 , 001( )hehI zI 從效率的定義可知，要提高棒狀天線的效率，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。在棒狀天線的頂端加小球、圓盤或輻射葉，這些均稱為頂負(fù)載。天線加頂負(fù)載后，使天線頂端的電流不為零，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h，同時(shí)，天線電流分布就比較均勻，如圖所示。設(shè)頂端電容為Ca，垂直線段的特性阻抗為Z0，則此等效長(zhǎng)度h可計(jì)算如下:式中單根垂直導(dǎo)線的特性阻抗為0260(ln1)hZa加感線圈電流分布加電感線圈（Induction Coil） 在短單極天線中部某點(diǎn)加入一定數(shù)值的感抗，就可以部分抵消該點(diǎn)以上線段在該點(diǎn)所呈現(xiàn)的容抗，從而使該點(diǎn)以下線段的電流分布趨于均勻加

6、電感線圈改善天線電流分布從理論上說，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)電感過大時(shí)，不僅增加了大小，而且線圈的電阻損耗也加大，反而會(huì)使天線效率降低。對(duì)稱偶極子天線是中間饋電，其兩臂由兩段等長(zhǎng)導(dǎo)線構(gòu)成的天線。一臂的導(dǎo)線半徑為a，長(zhǎng)度為l。半波長(zhǎng)偶極天線半波長(zhǎng)偶極天線13對(duì)稱振子上的電流分布和開路傳輸線的電流分布相似，亦按正弦分布形式。2 L = /22L = 2L = 22 L = 3/2四種長(zhǎng)度的對(duì)稱天線方向圖四種長(zhǎng)度的對(duì)稱天線方向圖sincos2cos)(fsin1)coscos()(fsincos23cos)(fsin1cos2cos)(f半波天線半波天線全

7、波天線全波天線偶極子天線的特點(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。螺旋棒狀天線螺旋棒狀天線由金屬導(dǎo)線繞成螺旋形狀的天線。它由同軸線饋電，在饋電端有一金屬板。螺旋天線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)無關(guān)當(dāng)D/0.18時(shí)，螺旋天線在包含螺旋軸線的平面上有8字形方向圖，在垂直于螺旋軸線

8、的平面上有最大輻射，并在這個(gè)平面得到圓形對(duì)稱的方向圖。這種天線稱為法向模螺旋天線 當(dāng)D/0.250.46（即一圈螺旋周長(zhǎng)約為一個(gè)波長(zhǎng)）時(shí)，天線沿軸線方向有最大輻射，并在軸線方向產(chǎn)生圓極化波。這種天線稱為軸向模螺旋天線 發(fā)生軸向模式時(shí)，軸向螺旋天線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)，并假定線上運(yùn)載行波電流。在某一瞬時(shí)線上是正弦電流分布,在和x與y軸對(duì)稱的任意四點(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，故稱為軸向模輻射。為了進(jìn)一步展寬頻帶，可將螺旋天線做成圓錐形 頻帶展寬遠(yuǎn)離：頻帶展寬遠(yuǎn)離：類似對(duì)數(shù)周期天線“有效輻射區(qū)”隨頻率變化而沿天線軸移動(dòng)的那樣，低頻時(shí)，直徑較大的那幾個(gè)螺