外置天线的性能特点简介

当D/λ＝0.25～0.46（即一圈螺旋周长约为一个波长）时，天线沿 轴线方向有最大辐射，并在轴线方向产生圆极化波。这种天线称为 轴向模螺旋天线 •发生轴向模式时，轴向螺旋天线上的电流 几乎是由馈电点向外传播的纯行波，在其末 端有很小的发射，因而返回地板的入射波非 常微弱，地板的影响可以忽略。 •螺旋线的周长约为一个波长，一圈相对两 侧的电流相位相反，而螺旋线的圈对于相对 点的电流又起倒向作用，因而每圈相对点处 的电流实质上同相，导致沿螺旋线轴向远场 相互加强。
加感线圈
加电感线圈（Induction Coil）
电流分布
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。
当 D/λ进一步增大时，最大辐射方向偏离轴线方向
α＝0的螺旋为平面上的单圈螺 旋，取周长近似等于一个波长， 并假定线上运载行波电流。在 某一瞬时线上是正弦电流分布,
在和x与y轴对称的任意四点A、B、C、D,这些电流的方向相反，它们的 作用彼此抵消，所以在z轴方向只有Ey分量起作用。 绕圈运载的是行波，电流沿线圈的分布将绕z轴旋转。因此，在z轴方向 的电场Ey也绕z轴旋转，于是在轴向产生极化波，并有最大辐射，故称为 轴向模辐射。
棒状单极天线电性能
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。
半波长偶极天线
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。
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。
z
(a)
(b)
13
四种长度的对称天线方向图 半波天线
2 L /2 =

全波天线
2L =
π cos cos 2 f ( ) sin
输入阻抗
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
对地的 分布电容
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
~
棒状天线的电流回路
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。
螺旋棒状天线
由金属导线绕成螺旋形状的天线。它 由同轴线馈电，在馈电端有一金属板。 螺旋天线的方向性在很大程度上取决 于螺旋的直径(D)与波长(λ)的比值D/λ
当D/λ＜0.18时，螺旋天线在包含螺旋轴线的平面上有8字形方向图， 在垂直于螺旋轴线的平面上有最大辐射，并在这个平面得到圆形对 称的方向图。这种天线称为法向模螺旋天线 发生法向模式时，由于法向螺旋天线与波长相比很小，假设 在其全长电流的幅度和相位均匀，远场方向图与圈数无关
~
~
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:
Z 0 cot kh h
1 Ca
1 arctan( Z 0 Ca ) k
式中单根垂直导线的特性阻抗为
2h Z 0 60(ln 1) a
螺旋天线仿真示例1
螺旋天线仿真示例2
螺旋天线多频实现
双 频 螺 旋天线
双 频 螺 旋天线
三 频 螺 旋天线
THANKS
射电阻，另一是减小损耗电阻。
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
he来自百度文库
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 ,
因此输入电阻包括两部分，即
Rin=Rr0+Rl0
效率
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。 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
为了进一步展宽频带，可将螺旋天线做成圆锥形
频带展宽远离： 类似对数周期天线“有效辐射区”随频 率变化而沿天线轴移动的那样，低频时， 直径较大的那几个螺旋圈构成有效辐射 区，高频时，直径较小的那几个螺旋圈 构成有效辐射区。当频率由小变大时， 有效辐射区朝顶端移动，从而使圆锥式 螺旋天线的频带宽度展宽。
f ( )
cos( π cos ) 1 sin
2 L 3/2
=
2L = 2
3π cos cos 2 f ( ) sin
f ( )
cos 2 π cos 1 sin
偶极子天线的特点 1 振子的终端是电流的波节； 2 离终端四分之一波长处是波腹，再经四分之一波长处为波节一次重 复； 3 在振子上电流经过零值时，电流相位改变180度； 4振子输入端的电流值由振子长度l和波长的比值决定； 5振子两臂相对应点的电流值相等。
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: ¼ 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。
外置天线的主要类型
• ¼ 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
1 I0

h
0
I ( z)
加载的内容可以是电容性或电感性负载。
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
小球
圆盘
辐射叶
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。
~
棒状天线(Whip Antenna)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
h
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。
(a )
~
(b )
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。