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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 (W h ip A ntenn a ) 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。 ~ h ( a ) ( b ) 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 ~ 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 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 , 0 0 1 ( ) h e h I 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 Z kh C h Z C 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(ln 1) h Z a ? ? ? ~ 加 感 线 圈 电 流 分 布 加电感线圈（ 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 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。 (a) (b) z 2 L = ? /2 2 L = ? 2 L = 2 ? 2 L = 3 ? /2 四种长度的对称天线方向图 ? ? ? sin cos 2 π cos ) ( ? ? ? ? ? ? ? f ? ? ? sin 1 ) cos π co