无线移动通信中的天线

编辑ppt
20
➢在外电磁场的作用下，人体内将产生感应电磁场。由 于人体各种器官均为有耗介质，因此体内电磁场将会 产生电流，导致吸收和耗散电磁能量。 ➢生物剂量学中常用SAR来表征这一物理过程 ➢SAR的意义为单位质量的人体组织所吸收或消耗的电 磁功率，单位为W/kg
SARddtddW mddtddW V
无线移动通信天线
编辑ppt
1
内容
➢ 引言 ➢ 移动通信对手机天线的要求 ➢ 外置式手机天线 ➢ 内置式手机天线 ➢ 未来手机天线发展趋势
编辑ppt
2
引言
编辑ppt
3
移动通信终端
➢ 蓝牙设备(Bluetooth)
－PC
－PDA
➢ 移动电话
➢ 无线LAN卡
➢ 无绳电话
➢ RFID卡
编辑ppt
4
基本特点
编辑ppt
23
手机天线结构与形式
➢ 外置式： ¼波长鞭状、¼波长伸缩式、螺旋
➢ 内藏式： PIFA, 微带贴片、介质、背腔式、 铁氧体式
编辑ppt
24
外置手机天线
编辑ppt
25
各种外置手机天线
编辑ppt
26
各种外置手机天线
编辑pቤተ መጻሕፍቲ ባይዱt
27
编辑ppt
28
编辑ppt
29
编辑ppt
30
半波振子
编辑ppt
15
辐射方向图（Radiation pattern）
➢ 描述天线在远区辐射场空间分布特性 ➢ 所有的天线都有三维方向图，测试困难 ➢ 实际中使用两维方向图是三维方向图的切面 ➢ 用E面与H面表示 ➢ 辐射方向图是互易的
编辑ppt
16
编辑ppt
17
方向性（D）
➢ 描述了天线在特定方向聚集电磁波的能力
理论与实践证明： ➢ 无限细的半波振子上的电流分布与无耗开路传
输线的电流分布相同：
编辑ppt
31
远区电场E只有 分量： 场强的大小： 其中方向性函数为：
编辑ppt
32
当
时：
归一化场强函数为：
归一化功率函数为：
➢半波振子的方向性是2.15dBi ➢dBi是相当于各向同性天线的分贝数
编辑ppt
33
对称振子长度L不同时天编辑线ppt的方向图与方向性系数 34
编辑ppt
36
实际应用中，地面大小是有限的，最大辐射方向有地面稍微上翘
编辑ppt
37
螺旋天线
➢ 螺旋天线是由金属导线或金属管绕制成螺旋形，并 正确馈电而成，螺旋天线通常由同轴线馈电，同轴 线内导体与螺旋线的一端相接，外导体与地板相接。
编辑ppt
编辑ppt
6
移动通信对手机天线 的要求
编辑ppt
7
编辑ppt
8
编辑ppt
9
GSM频带分配表
编辑ppt
10
编辑ppt
11
手机天线设计需要考虑
➢ 天线作为一个系统，而不是孤立的发射/接受终端;
➢ 要根据电波传播条件设计天线，要有一定程度的极 化或方向图控制能力;
➢ 天线要适应环境条件，方向图与区域要求一致，并 且允许天线附近有障碍物存在
四分之一波长单极天线 （鞭状天线）
➢ 单极天线是振子臂垂直与地面架设的天线 ➢ 地为理想导体，地的影响用镜像来代替 ➢ 辐射场是等效振子在上班空间的辐射场
编辑ppt
35
当单极底馈天线的激励电压是等效双极振子天线的 一半时，存在与上半空间的辐射场相同
单极天线与等效的双极天线有如下关系：
➢方向性函数和方向图相同(上半) ➢单极天线的输入阻抗是双极天线的一半 ➢单极天线的方向性系数是双极天线的两倍，即方向 性大3dB ➢实际受限制
编辑ppt
22
➢ 对于移动电话的近场电磁辐射，国际上普遍采 用SAR作为量度。辐射限值通常定义为任意6 分钟时间段的平均SAR或功率密度。最基本的 电磁辐射限值是，适用于受控环境的、任意6 分 钟 全 身 平 均 SAR 限 值 为 0.4 W/kg （ IEEE 1982、IEEE 1992、CENELEC 1995、ICNIRP 1998）。在非受控环境下全身平均的SAR应小 于0.08 W/kg
编辑ppt
21
➢ 国际非电离辐射防护委员会已于1998年发布了 《 0 - 300 GHz电磁场安全限值导则》，并已被 世界上大多数国家采纳为电磁辐射安全标准
➢ 国际电信联盟于2000年发布的 ITU-T K.52建议 （ITU标准）是基于ICNIRP导则的，并建议各 国采用该导则的安全限值
➢ 世界卫生组织（WHO）也支持采用ICNIRP导 则规定的安全限值 ，并积极着手电磁辐射标准 的协调工作，希望全球采用统一的标准和测量 方法
➢ 设计天线时要考虑人手和身体的影响
编辑ppt
12
➢ 具有可靠的性能，使用方便; ➢ 克服人体对电波吸收和散射引起接收特性的改变; ➢ 多信道传播以辐射指向性造成增益下降；
➢ 天线要与RF模块连接，要解决阻抗匹配。
编辑ppt
13
编辑ppt
14
手机天线主要技术指标
天线是把电路中储藏的电能有效转换为电磁波 发射出去或者进行相反过程的无线器件 ➢ 频段 ➢ 阻抗 ➢ 驻波比 ➢ 增益 ➢ 比吸收率
编辑ppt
18
增益(G)
➢ 更加全面描述天线聚集电磁波的能力 ➢ 在空间一点天线的功率密度与平均输入功率密
度之比 ➢ G=D* ➢ 增益通常指最大方向的增益
编辑ppt
19
SAR
➢ 手持式收发信机在使用时，非常靠近人的头部， 其产生的电磁辐射对人体健康的影响日益受到 重视。
➢ 目前并没有令人信服的证据证明各种收发信机， 尤其是移动电话的电磁辐射会对人体健康造成 影响，但是从人体安全的角度出发，世界各个 国家和地区都基于现有的研究成果纷纷制定电 磁辐射指令和标准。
➢ 在空间一点天线的功率密度与平均辐射功率密度
之比
L 3.4 2 4 2l0 d g (k)m 2l0 g f(M )Hz
➢ 分为定向天线(Directional Antenna)与全向天线
(Omni-directional Antenna)
➢ 与各向同性天线比较
➢ 自由空间传播损耗 L 3.4 2 4 2l0 d g (k)m 2f( 0 M)H
➢ 天线位于人体附近 ➢ 安装在设备内 ➢ 使用位置不固定
编辑ppt
5
便携式无线通信设备对天线要求
➢ 体积小、重量轻、主面的辐射方向图应 是准全向的；
➢ 带宽要尽可能宽、人体（手）对天线的 影响要尽可能小、人体对天线的电磁能 量的比吸收率(SAR)应尽可能小；
➢ 希望能将天线集成到便携通信设备的印 制电路板或塑料外壳上。