天線(xiàn)的類(lèi)別及設(shè)計(jì)要點(diǎn)介紹

1、螺旋天線(xiàn)

螺旋線(xiàn)是一種慢波結(jié)構(gòu)，螺旋天線(xiàn)實(shí)際也是一種慢波化的單極天線(xiàn)。由于螺旋線(xiàn)的作用，減小了電磁波沿螺旋線(xiàn)傳播的相速度，因此天線(xiàn)的長(zhǎng)度可以縮短。

天線(xiàn)的設(shè)計(jì)只需根據(jù)螺旋線(xiàn)的相速度求出天線(xiàn)的等效波長(zhǎng)，根據(jù)單極天線(xiàn)的設(shè)計(jì)方式即可得出所求。

也正是由于螺旋線(xiàn)的慢波結(jié)構(gòu)，使得天線(xiàn)的Q值高，帶寬窄，天線(xiàn)的儲(chǔ)能大，輻射效率降低。

多頻段螺旋天線(xiàn)的設(shè)計(jì)方法見(jiàn)下節(jié)，其設(shè)計(jì)公式未見(jiàn)過(guò)，但可通過(guò)直立單極天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)來(lái)推導(dǎo)出。

2、PCB板螺旋天線(xiàn)

PCB板螺旋天線(xiàn)實(shí)際是一種變形的螺旋天線(xiàn)，利用PCB板的介電常數(shù)進(jìn)一步降低天線(xiàn)的尺寸而已。

3、PIFA天線(xiàn)

PIFA天線(xiàn)是對(duì)倒F線(xiàn)天線(xiàn)的擴(kuò)展而得到的。此天線(xiàn)的發(fā)展須序是―頂加載――倒L天線(xiàn)－倒F天線(xiàn)－PIFA。由此發(fā)展過(guò)程即可知天線(xiàn)的特性與優(yōu)點(diǎn)。其特點(diǎn)是頻帶寬，體積小，剖面低。

PIFA天線(xiàn)相當(dāng)于大量IFA天線(xiàn)的并聯(lián)，其阻抗相當(dāng)于許多線(xiàn)型天線(xiàn)阻抗的并聯(lián)，因此平面型天線(xiàn)比線(xiàn)型天線(xiàn)的輸入阻抗要低一些，不但產(chǎn)生了寬帶諧振特性，并且縮小了尺寸。為了使天線(xiàn)產(chǎn)生自諧振，避免用有耗電路，應(yīng)盡量提高輻射電阻，減小損耗電阻，使天線(xiàn)系統(tǒng)保持一個(gè)足夠高的效率。

其設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：

平板單元的周長(zhǎng)為半個(gè)波長(zhǎng)左右時(shí)，產(chǎn)生諧振。

設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)：

在實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)天線(xiàn)的水平長(zhǎng)度L1可以粗調(diào)天線(xiàn)中心頻率的范圍（選定一個(gè)高度H）；天線(xiàn)的寬度L2可以調(diào)節(jié)天線(xiàn)的帶寬，過(guò)寬或過(guò)窄都會(huì)使帶寬性能變差。

PIFA天線(xiàn)相對(duì)頻帶寬度有一個(gè)極限值，約為16%左右。

天線(xiàn)的高度H可調(diào)節(jié)天線(xiàn)的帶寬范圍和效率，一般H越大，帶寬越寬，效率越高，但H的增加不但使重量增加而且破壞了天線(xiàn)低剖面的特性。天線(xiàn)的饋點(diǎn)位置也會(huì)影響中心頻率和帶寬，一般來(lái)說(shuō)，饋點(diǎn)離接地端越遠(yuǎn)，中心頻率也越大，為了增加天線(xiàn)的輸入阻抗，饋電點(diǎn)離接地端不要太近。

4、微帶貼片天線(xiàn)

a、微帶單元天線(xiàn)的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)

微帶天線(xiàn)是小型化、集成化的線(xiàn)天線(xiàn)主角，素以低輪廓、印刷工藝、便于與電路集成等優(yōu)點(diǎn)著稱(chēng)，但又有頻帶窄和效率低的缺陷。微帶貼片天線(xiàn)以其三維結(jié)構(gòu)的靈活性受到各種不同設(shè)計(jì)目標(biāo)的全方位開(kāi)發(fā)。它既被單獨(dú)用于手機(jī)天線(xiàn)中，也被廣泛用作各種陣列天線(xiàn)的單元，既在工程設(shè)計(jì)中以型式多樣而取勝，又多見(jiàn)于被電磁場(chǎng)數(shù)值分析用作典型實(shí)例。在微帶貼片天線(xiàn)中應(yīng)用光子晶體結(jié)構(gòu)（PBG）來(lái)提高微帶貼片天線(xiàn)性能的研究是現(xiàn)在的熱點(diǎn)。

微帶貼片單元天線(xiàn)的設(shè)計(jì)是非常簡(jiǎn)單，在此不作說(shuō)明，下面主要討論其小型化技術(shù)、多頻實(shí)現(xiàn)、寬帶實(shí)現(xiàn)的方法。

b、微帶天線(xiàn)的小型化技術(shù)

通過(guò)饋電點(diǎn)與短路點(diǎn)間的耦合電容來(lái)實(shí)現(xiàn)小型化。天線(xiàn)的諧振頻率主要取決于短路探針的粗細(xì)與位置，天線(xiàn)尺寸可縮減50％。缺點(diǎn)：

1）阻抗匹配嚴(yán)重的依賴(lài)于短路探針的位置與饋電點(diǎn)間的距離。

2）頻帶窄

3）H面的交叉極化電平較高

天線(xiàn)的諧振頻率與介電常數(shù)成反比，采用高介電常數(shù)介質(zhì)的主要問(wèn)題是：激勵(lì)出較強(qiáng)表面波，表面損耗較大，使增益減小，效率降低。

帶寬窄，但可以采用PBG結(jié)構(gòu)抑制表面波，減小互耦合。

當(dāng)在貼片天線(xiàn)表面開(kāi)不同形式的槽時(shí)，切斷了原先的表面電流路徑，使電波繞槽邊曲折渡過(guò)而路徑變長(zhǎng)，在天線(xiàn)電路中相當(dāng)于引入了級(jí)聯(lián)電感。采用貼片開(kāi)槽方式，還可以產(chǎn)生雙頻天線(xiàn)和圓極化天線(xiàn)。缺點(diǎn)：尺寸特別小時(shí)，天線(xiàn)的帶寬變得特別窄，同時(shí)天線(xiàn)的增益也特別低。

形微帶貼片天線(xiàn)一邊的尺寸要求是介質(zhì)中的二分之一工作波長(zhǎng)，在微帶貼片天線(xiàn)寬邊引入不連續(xù)性?xún)H僅依靠其自身開(kāi)關(guān)的改變就可以使天線(xiàn)單元的面積大大減小，H形天線(xiàn)即采用此原理。

其是通過(guò)改變電流在貼片上的分布，增大貼片的等效長(zhǎng)度來(lái)降低諧振頻率。從物理意義講，去除的兩塊貼片等效為在天線(xiàn)這個(gè)諧振腔中加入合適的電感，從而實(shí)現(xiàn)小型化的目的。

3、微帶天線(xiàn)的寬帶化技術(shù)

微帶天線(xiàn)的窄頻帶特性是由于其高Q的諧振特性決定的，展寬頻帶的方法即是圍繞降低天線(xiàn)的Q值來(lái)實(shí)現(xiàn)。

a、采用厚基板

b、采用介電常數(shù)小或介質(zhì)損耗大的基板材料

c、采用非線(xiàn)性基板材料，不同介質(zhì)材料覆蓋

d、附加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)對(duì)饋電電路采用寬帶阻抗匹配（如阻抗匹配電路或采用開(kāi)縫耦合對(duì)天線(xiàn)饋電），諧振是并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，饋電一般等效為一個(gè)電感。

如果是多頻天線(xiàn)，用外部匹配電路來(lái)擴(kuò)展低波段振子的電性能，即“加寬頻帶”。匹配電路一般采用高通設(shè)計(jì)，以便該匹配電路對(duì)高波段振子來(lái)說(shuō)是透明的。這樣的電路還可降低天線(xiàn)的最低工作頻率。

f、采用多層結(jié)構(gòu)，采用多貼片諧振。也可用無(wú)源振子來(lái)產(chǎn)生四極點(diǎn)響應(yīng)，以增加天線(xiàn)的帶寬?；?qū)⑻炀€(xiàn)維持為二極點(diǎn)結(jié)構(gòu)，必要時(shí)再通過(guò)匹配電路引入額外的極點(diǎn)。

一般來(lái)說(shuō)，前三種方法的效果比較不明顯，第四種方法需要設(shè)計(jì)寬帶匹配電路，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作難度比較大。因此我們采用第五種方法，該方法是利用多貼片耦合的方式，使每個(gè)貼片天線(xiàn)的諧振中心頻率各不相同，而各諧振帶寬又相互交叉，使整個(gè)天線(xiàn)的總體帶寬展寬。