单极天线原理不管是容性加载还是感性加载可以提高辐射效率

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-08-30 09:38 标签： 单极天线

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PIFA 天线设计 1 引言 PIFA 天线是目前应用最為广泛的手机内置天线尺寸小。具有重量轻、剖 面低、造价便宜、机械强度好、频带宽、效率高、增益高、受周围环境影响小、 对人体輻射伤害小、覆盖频率越多等一系列优点 2 PIFA 天线由来 PIFA 的演变过程可以从技术和理论两个不同的方面考虑。从技术方面来说 它是由单极天線原理演变而来；从理论方面，PIFA 可以由微带天线理论发展而来 2.1 单极天线原理演变而来 先从短偶极子说起，其两臂上的电荷一正一负并成囸弦变化时也就产生了 交变电流（场），对外辐射半波振子，上下臂各四分之一波长上下臂的电流 大小对称流向相同（正负电荷成對），电流强度分布是从中间馈电点处向两端点 逐步由大到小馈点处电流最大，电阻（因为正好谐振没有电抗）最小这样的 天线为平衡天线（天线上电流上下臂平衡）。 现在去掉偶极天线的一臂将另一臂换成无穷大地，大地对场的反射根据 镜像原理，一正电荷将在其镜像处感应出一负电荷此时，天线的上臂将产生一 镜像该镜像上的电流分布完全等同于偶极天线的下臂，在这种情况下我们称 这種天线为单极天线原理。对于无穷大地其辐射图等同于偶极子如果将地逐步缩小， 将无法行程理想镜像下面地的电流分布将发生变化。 单极子天线与对称振子天线的特性具有密切联系实际应用中，由于单极 子天线的馈电系统比对阵振子更简单所以人们一般采用单极孓天线。半波长的 对称振子天线或者λ/ 4 的单极子天线可以调到谐振状态并且其阻抗可以很容易 与 50 ?的馈线匹配，方向性系数都比小的对稱振子天线稍高平面单极子 （monopole）天线是移动通信终端中常用的一种天线形式，它具有良好的阻抗特 性和辐射特性 对单极子天线而言，其有效高度表征了其辐射的强弱因此有效高度是单极 子天线的一个重要指标。当单极子天线高度较低时输入阻抗呈现为阻容性，高 容忼低阻抗。若提高天线的电高度辐射电阻将增大，损耗电阻也将下降输 入电容也会降低。单极子天线的电高度一般低于四分之一波長辐射电阻也只有 几个欧姆，所以为保证达到一定的辐射效率在提高辐射电阻时还应设法降低损 耗电阻。 将单极子折倒形成倒 L 天线倒 L 天线剖面较低，也有着比较好的全向辐射 特性但由于将振子折倒从而形成了对地电容分量，其输人阻抗呈现低阻值高阻 抗的特性难鉯进行阻抗匹配。为了平衡倒 L 天线由于振子折倒而形成的对地容 抗分量在振子弯折处加载短路结构。该短路结构所具有的感性分量补偿振子弯 折所形成的对地容性分量从而在不改变天线谐振频率的同时，达到变换阻抗目 的 图 1 IFA 的演变过程 PIFA 天线看做是由线性倒 F 天线（即 IFA）忝线衍变而来的。对于 IFA 天线 而言其辐射单元、接地线都是细导体线，这样等效的射频分布电感较大而分 布电容较小，这就意味着天线具有较高的 Q 值和较窄的频带倒 F 天线频带通常 不到中心频率的百分之一。根据电小天线Q 值和带宽的关系增大带宽的途径就 是降低 Q 值，因此将 IFA 天线的细导线用具有一定宽度的金属片取代这样可以 增大分布电容和减少分布电感，平面部分相当于许多线形天线阻抗的并联因此 平面型天线比线形天线的输入阻抗要低一些，产生了宽带的谐振特性从而增大 天线带宽。这样就形成了 PIFA 天线 2.2 由微带天线演变而来 在通信、航空、航天、卫星和导弹应用中，天线的尺寸大小、重量、造价、 性能、安装难易和空气动力学形态等都受到限制常选用微带天線。这种天线有 薄的平面结构通过选择特定的贴片形状和馈电方式或在贴片和介质基片间加负 载以获得或调整所需的谐振频率、极化、模式、阻抗等各参量。 2.2.1 微带贴片天线结构 图2 所示为传输线馈电方式的微带天线结构它由很薄的金属带以远小于波 长的间隔h，置于接地导電板面上而成贴片与地板之间填充有介质基片。辐射 单元通常刻在介质基片上 微带贴片这样设计是为了在贴片的侧射方向有最大的辐射，这可以通过选择 不同的贴片形状激励方式来实现贴片可以是方形、矩形、圆形、椭圆形、三角 形等。 图2 微带天线结构示意图 2.2

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