小功率天线设计new

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时间:2018-09-18

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1、前言最近有幾個小型的無線電網路系統正在發展當中,比較有名氣的包括有藍芽系統(Blue-Tooth)及HomeRF等,這些都是微功率的通訊系統,自然也會大量牽涉到選用的天線系統。另外,不論是保全或者是汽車遙控等其它民生用途,也應用到許多的微功率無線電通訊。還有許多其它像是影音傳輸等消費性電子產品,也應用到不少的微功率無線電系統。在這些應用當中,最為普遍的首推ISM波段(註1)的應用,因為依照國際電訊聯盟(ITU)的規範,使用ISM波段不需要申請執照,也就是該波段是屬於開放性的,因此這裡也就以ISM波段應用的天線為例子來做說明,其中使用最普遍的頻率是434MHz及916MH

2、z(註2)。一般開放性資料庫當中,有關UHF小型天線的資料非常有限。對於微功率無線電通訊相關產品而言,天線的品質非常重要,因為它主宰了有效的通訊距離,因此天線的選用與設計是非常重要的。此類產品的設計中,於天線設計方面,除了成本考量外,還必須要選對天線的種類,才能達到最好的成本/性能比。除此之外,與發射機及接收機的匹配與調諧也非常重要,為了要有最佳的整體性能,設計者自然要懂得天線的工作原理,以及應用時的一些重要考慮因素。本文最主要的目的是希望能夠協助此類天線的非專業設計者,能夠從有限的基本知識中,以很有效率的方式,完成最佳的天線設計。在未進入主題之前,先以淺顯的方式來介紹

3、早期天線發展的歷史,雖然這是以業餘無線電的眼光及角度去看的,但是早期無線電的發展與業餘無線電的發展,幾乎是可以畫上等號的,因此,這實際上也可以說是無線電天線的發展史。一門失落的藝術-正本清源談天線如果你是一位資深的業餘無線電愛好者,那麼我想你一定也熟悉天線(Antenna)的另一個名稱,叫做Aerial,所謂Aerials就是指一條條用來發射或接收無線電訊號的長導線;當然這是指高科技人員在還沒將它們發揚光大,並稱它們為天線之前的情況。一群無線電盤古開天的無線電家們,經常利用各種導線來測試他們所發明或改良的無線電機器,一般情況下是雜訊橫飛,更慘的是導線融化,再不然呢就是真

4、空管燒了一大堆,或者是保險絲燒了一大片。我完全沒有正規的天線理論基礎與這方面的學府教育,所以決定用“以古鑑今”的方式來了解天線。當然最主要的是,我打算介紹幾種原先被認為不可能實現的天線,但實際上使用如常,那其中的奧秘自然值得探討。天線的發展歷史■Whire無意中發現了天線我們一路回到最早期的無線電發展,在電力未發明以前,所有的機器大都是以煤油供應動力。最早期的一個實驗家名叫懷爾(Whire),他發明的無線電發射機可以發出很大的火花,實際上他發明的就是以火花放電原理,來產生無線電波的火花放電發射機。但是在實驗過程當中讓他最納悶的是,試用了無數的方法,就是無法很清楚地接收到

5、這部火花發射機所發射出來的訊號。後來有個用來印證電波是不是會受一般有形物阻擋的試驗,試驗過程中他就把發射機擺在桌子底下,為了想取得訊號,於是把接收機用一條導線吊在天花板上,就這樣用來驗證電波是否可以穿透實驗桌面。而令他感到意外的是,吊接收機的這條導線,竟然使接收機的效率好了許多,因此他就把吊著的導線留在那裡,從此便稱他的接收機為無線電接收機(WIRELESSSET),他並且把這一份結果整理成報告發表於QST雜誌(註3)上。■Grownd發現接地的妙用在Whire發現天線的雛形之後好幾年,另一位名叫Grownd的發現到,供電給桌子上的檯燈有兩條導線,但是接收機的天線只有一

6、條,為什麼只有一條天線可以做得那麼好,因此他就針對這個問題繼續探討下去。這個問題讓Grownd困擾不已,但是事情就是如此之巧,就在不久後他買了一部車子,且發現車燈也是使用一條導線而已,當然還有另一條線是接車子的外殼。這促使他想到一個問題,那就是:若同樣把發射機的其中一條導線接到一個共同的接點上,是不是會比較好?於是他就用了一條金屬管打入地底下,並拉出一條線接到發射機上頭,這竟然使訊號增強了許多,同樣地他也把這重要的發現發表在QST雜誌上,於該文中建議每一座無線電台都需要有接地(Grownd)。■蹺蹺板延伸出來的Diople在天線發展史上,接下來一個主要的突破,是由Dio

7、ple發明。有天當DIP(Diople的暱稱)走過一個遊樂場時,發現當地的獅子會員正在玩蹺蹺板,他發現這些獅子會員都很快地能保持平衡,這想必其中有人運力,使蹺蹺板在極短的時間內保持平衡。DIP回到家後,馬上拿了一條導線接到機器外殼上頭,另一條導線則接發射機輸出,這就成為一組嶄新的天線,其實此天線就是後來所稱的DIOPLE天線,是為了記念Diople,而以他的名字來命名。■檯燈聯想出來的虛接地在QST上讀過WhireGrowndedBalanced-Lion-fedDipole天線之後,一位名叫CountHerpoise的歐洲貴族,他發現自

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