外置天线的性能特点简介

1、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(Whip Antenna)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

2、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。 h (a)(b) 极化极化 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

3、。但在实际计算输入阻抗的电 阻部分时，若采用 输入阻抗输入阻抗 对地的 分布电容 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

4、效率 加负载加负载 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 , 0 0 1 ( ) h e hI z I 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

5、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。 小球圆盘辐射叶 加载的内容可以是电容性或电感性负载。 0 0 1 cot 1 arctan() a a Zkh C hZC k 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 0 2 60(ln1) h Z a 加感线圈 电流分布 加电

6、感线圈（Induction Coil） 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。 2 L = /2 2L = 2L = 2 2

7、 L = 3/2 四种长度的对称天线方向图四种长度的对称天线方向图 sin cos 2 cos )( f sin 1)coscos( )( f sin cos 2 3 cos )( f sin 1cos2cos )( f 半波天线半波天线全波天线全波天线 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

8、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/0.250.46（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

9、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：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， 直径较大的那几个螺旋圈构成有效