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外置天线的性能特点简介 李亚 传统的手机天线可以根据天线所处的位置分为外置天线和内置天线两大类 常用的天线类型 波长单极线天线 半波长偶极天线 螺旋天线 PCB印制螺旋天线 微带贴片天线 缝隙天线 IFA天线和倒L天线 PIFA天线 陶瓷天线 波长单极棒状线天线半波长双极棒状线天线螺旋棒状天线 外置天线的主要类型 棒状天线是一种可弯曲的垂直杆状天线 其长度一般为1 4或1 2波长 为增大棒状天线的有效高度 可在棒状天线的顶端加一些不大的辐状叶片或在棒状天线的中端加电感等 棒状天线 WhipAntenna 是一种应用相当广泛的水平平面全向天线 最常见的棒状天线就是一根金属棒 在棒的底部与地之间进行馈电 为了携带方便 可将棒分成数节 节间可采取螺接 拉伸等连接方法 极化棒状天线是一种垂直极化天线 在理想导电地面上 其辐射场垂直于地面 在实际地面上虽有波前倾斜 但仍属垂直极化波 方向图地面对棒状天线的影响可以用天线的正镜像代替 棒状天线的方向图与自由空间对称振子的一样 但只取上半空间 在理想导电地上 棒状天线的辐射电阻是相同臂长自由空间对称振子的一半 而方向系数则是2倍 棒状单极天线电性能 对理想导电地来说 或在有良好的接地系统的情况下 棒状天线的输入阻抗等于相应对称振子输入阻抗的一半 但在实际计算输入阻抗的电阻部分时 若采用 输入阻抗 自由空间对称振子的方法 则误差很大 因为此时输入到天线的功率 除一部分辐射外 大部分将损耗掉 除天线导线 附近导体及介质等引起的损耗外 还有相当大的功率损耗在电流流经大地的回路中 传导电流和位移电流构成广义的电流回路概念 因此输入电阻包括两部分 即Rin Rr0 Rl0 棒状天线的电流回路 由于损耗电阻大 同时又由于受到天线高度H的限制 辐射电阻通常很小 故短波棒状天线的效率很低 一般情况下仅为百分之几甚至不到1 因此 如何提高短波棒状天线的效率成为本节要讲述的重要内容之一 效率 加负载 垂直接地天线的加载原因 在长 中波波段 由于天线的电高度不可能很高 因此其辐射电阻很低 要在不增加高度h的条件下增大辐射电阻 唯一的办法是提高天线的有效高度he 由有效高度he的定义即式可知 若设法改变沿天线的电流分布I l 则可以提高he 理想的情况是其电流分布等同于电基本振子的电流分布 即沿线的电流是等幅同相的 则he h 可以采用加载的办法来改善电流分布 从效率的定义可知 要提高棒状天线的效率 不外乎从两方面着手 一是提高辐射电阻 另一是减小损耗电阻 在棒状天线的顶端加小球 圆盘或辐射叶 这些均称为顶负载 天线加顶负载后 使天线顶端的电流不为零 这是由于加顶负载加大了垂直部分顶端对地的分布电容 使顶端不是开路点 顶端电流不再为零 电流的增大使远区辐射场也增大了 加载的内容可以是电容性或电感性负载 计算顶负载的作用时 可将顶端的电容等效为一段延长线h 同时 天线电流分布就比较均匀 如图所示 设顶端电容为Ca 垂直线段的特性阻抗为Z0 则此等效长度h 可计算如下 式中单根垂直导线的特性阻抗为 加电感线圈 InductionCoil 在短单极天线中部某点加入一定数值的感抗 就可以部分抵消该点以上线段在该点所呈现的容抗 从而使该点以下线段的电流分布趋于均匀 加电感线圈改善天线电流分布 从理论上说 感抗愈大 则加感点以下的电流增加量愈大 这对提高有效高度有利 但是当电感过大时 不仅增加了大小 而且线圈的电阻损耗也加大 反而会使天线效率降低 对称偶极子天线是中间馈电 其两臂由两段等长导线构成的天线 一臂的导线半径为a 长度为l 半波长偶极天线 13 对称振子上的电流分布和开路传输线的电流分布相似 亦按正弦分布形式 四种长度的对称天线方向图 半波天线 全波天线 2020 1 30 15 可编辑 偶极子天线的特点1振子的终端是电流的波节 2离终端四分之一波长处是波腹 再经四分之一波长处为波节一次重复 3在振子上电流经过零值时 电流相位改变180度 4振子输入端的电流值由振子长度l和波长的比值决定 5振子两臂相对应点的电流值相等 螺旋棒状天线 由金属导线绕成螺旋形状的天线 它由同轴线馈电 在馈电端有一金属板 螺旋天线的方向性在很大程度上取决于螺旋的直径 D 与波长 的比值D 发生法向模式时 由于法向螺旋天线与波长相比很小 假设在其全长电流的幅度和相位均匀 远场方向图与圈数无关 当D 0 18时 螺旋天线在包含螺旋轴线的平面上有8字形方向图 在垂直于螺旋轴线的平面上有最大辐射 并在这个平面得到圆形对称的方向图 这种天线称为法向模螺旋天线 当D 0 25 0 46 即一圈螺旋周长约为一个波长 时 天线沿轴线方向有最大辐射 并在轴线方向产生圆极化波 这种天线称为轴向模螺旋天线 发生轴向模式时 轴向螺旋天线上的电流几乎是由馈电点向外传播的纯行波 在其末端有很小的发射 因而返回地板的入射波非常微弱 地板的影响可以忽略 螺旋线的周长约为一个波长 一圈相对两侧的电流相位相反 而螺旋线的圈对于相对点的电流又起倒向作用 因而每圈相对点处的电流实质上同相 导致沿螺旋线轴向远场相互加强 当D 进一步增大时 最大辐射方向偏离轴线方向 0的螺旋为平面上的单圈螺旋 取周长近似等于一个波长 并假定线上运载行波电流 在某一瞬时线上是正弦电流分布 在和x与y轴对称的任意四点A B C D 这些电流的方向相反 它们的作用彼此抵消 所以在z轴方向只有Ey分量起作用 绕圈运载的是行波 电流沿线圈的分布将绕z轴旋转 因此 在z轴方向的电场Ey也绕z轴旋转 于是在轴向产生极化波 并有最大辐射 故称为轴向模辐射 为了进一步展宽频带 可将螺旋天线做成圆锥形 频带展宽远离 类似对数周期天线 有效辐射区 随频率变化而沿天线轴移动的那样 低频时 直径较大的那