双波段内置式天线的设计

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1、双波段内置式天线的设计如果你对内置式沢线的物理结构冇透彻的了解，如果你预期的性能与某些主要极限值一致，你就可以给大多数蜂窝电话机安装内冒•式天线。作者：LeslieJReading,Galtronics公司曲于这些年来蜂窝电话机有所发展，蜂窝电话机的元器件，尤其是天线，也有所发展。最初的蜂良电话机又大又重又笨拙，但由于使用很大的同轴馈电1/2波长天线，英性能都很好。随廿蜂駕电话手机变小，天线也变小了。将手机的机壳用作RF（射频）地线，相当于半无限接地平血的半根天线，一根短得多的1/4波长天线就可以替代1/2波长天线（参见附文《天线术语》

2、）。后来，由于消费者需要更小、更方便的于机，乂出现了可伸缩天线和不可伸缩的短粗天线。山于当今的蜂窝电话机用户对更小、更亮泽的手机情有独钟，手机设计师正将看不见的即内置式天线组合在手机中。由丁蜂炭电话基础设施的发展放宽了对通信链路裕量的要求一一更多的基站天线塔意味着可提供更好的信号，所以通信服务提供商乐意让出2〜3dB的通信链路裕量，以提供设计上各不相同的非常小巧可靠的只依赖于内置天线的于机。因此，蜂窝电话机设计师止在学习如何设计内置天线，使之既有最佳的性能乂符合外形和款式的竞争要求。在多波段内工作是儿乎所有蜂炭电话机必不可少的•个特点。

3、有效单波段内置式天线的设计并非不重要，而内置式多波段天线的设计则更富冇挑战性。许多基木设计问题是相耳冲突的（参见附文《内置天线设计中要考虑的因索》）基本模型图1示出了双波段内置天线的基本模型。这个简单模型能帮助你理解许多设计问题。这副天线具有两个不同的振子，即低波段振子和高波段振子。较长的低波段振子在较低频率或者第•本征模处谐振。这-振了的物理长度大约相当于1/4波长，可根据局部介质效应和高波段振了的寄生旁路电容来修正。通常高波段振了在同•感性接地片两端呈高阻抗。高波段振子在较高的频率上谐振，该频率通常不到低波段频率的3倍（第三本征模）

4、。加在高波段谐振阻抗上的负载是低波段振子在电感接地片两端的旁路寄工负载。在这一频率上，低波段振子的阻抗必定比高波段振子的阻抗要高。将馈电点放在一个接地片附近，会形成RF变压器。这-变压器能在不使用外部元件的情况下，将通常很低的天线阻抗（10Q以下）转换成更有效的阻值50Q。这种阻抗转换是经贝•“丫匹配”的现代应用实例。尽管…些天线的设计各不相同，但馈电点通常都放在接地母线的高波段一侧。这些振子并不是可以独立调谐的。每一个未用振子就是己用振子的一个寄生负载。调谐一个振子，就会对另一个振子产生明显的影响。当修改RF变压器的布局时，你必须仔细

5、考虑手机尺寸和形状这两个制约因素。天线设计师往往要试验离波段和低波段振了•的儿种尺寸和间隔方式，才能实现50Q匹配。7cc或更大的体积通常是实现比接地平面高大约7mm双波段内置天线所必需的。在冇些情况下，你可以用外部兀配电路來扩展低波段振子的电性能即“加宽频带”。这一匹配电路一般采用岛通设讣，以便该匹配电路对高波段振子來说是透明的。这样的电路可降低天线的最低匸作频率一一当对天线的体积有苛刻要求时，这是-个很受欢迎的优点。有时候，在空间限制给定的情况下，天线设计师试图用无源振了•来产生四极点响应，以增加天线的帯宽。将天线维持为二极点结构，

6、必要时再通过兀配电路引入额外的极点，这样做就更加富有成效。这一论据是双重的。首先，形成无源振子所需的空间与形成辐射振子是相同的。因为振子是无负载的，所以它减少了辐射振子在其他情况下也许会有的表面而积相应的辐射电阻,从而影响天线的总效率。第二，被驱动的无源振子的电流分配在最终天线结构的带宽范围内相差很大。这些电流常常相互支持，但是在其他时间则相互抵消。当你通过网络分析仪来测试四极点结构时，这些四极点结构似乎是宽频带的。然而，对同-个振/进行扫描增益测试时，常常会发现在有些频率上天线增益急剧下降。实现最佳性能的四规则内置天线不可能与梢心设计

7、的固定天线、可伸缩天线或短粗天线的性能相符。当你测试天线效率或平均增益时，这一事实是显而易见的。在口由空间（全向）测试时，即使最优的内置天线设计，其效率一般不超过70%,实用天线的效率一般低I'50%o一个匹配很好的可伸缩天线的效率常常超过90%。下列规则将帮助设计师达到双段波内置天线的最佳潜在性能。规则1一一将寄生参数减至最小程度当群延时降到最小时，你就能获得最人的带宽。如同任何谐振电路那样，将群延时降到最小就要求将馈电点处的寄生参数减至最小。你必须使接地片和馈电点尽可能宽和尽可能短，从而使接地片和馈电点的电感尽可能小。相反，你必须将

8、毎个振了的高电压端与射频地线（接地平面）Z间的距离尽町能远，从而使每个振子的开端的寄生电容降到最小。同样，使振子曲折往往会产生相反的效果。虽然，你可以确定振子的馈电点位置，使电路的负载为50Q,但这一负载并