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        天線設計面臨小尺寸和多天線要求的挑戰

        來源:本站整理 | 點擊: | 錄入時間:2020-2-26

        天線通常確實是用某種彎曲金屬制成的金屬結構。它們是把電壓和電流轉換成電場和磁場(或反之)的變換器。每個無線電都需要一個好的天線。即使你擁有世界上最好的發射器、接收器、協議和技術等,但如果沒有天線信號就發不出去。在任何無線系統中它都是最重要的一環,盡管事實上許多無線工程師忘記了它的重要地位。

        無線器件一直不斷地向更高頻率遷移,但值得慶幸的是天線卻變得越來越小,F在,曾經在無繩電話、蜂窩電話和其它無線設備中常見“鞭狀”天線已不再使用,天線通常完全內置在機內。我們在產品上能夠看到的天線痕跡最多是一個小的凸起。但這完全沒有減小它的重要性。

        如果說有了某種變化,那就是把天線放到產品內部使其性能變壞。內置天線的優點是不必伸展出去,否則可伸縮的鞭狀天線對用戶來說是最好的。取消外部天線也減少了對蜂窩電話和其它無線設備的維修。天線損壞是僅次于不良電池的常見的維修任務,但現在不同了。

        對于運行在高UHF和低微波區的蜂窩電話,天線僅有幾英寸長。但問題是我們要求它能裝在蜂窩電話內。一些設計把天線結合到印刷電路板的銅體上,但人們目前通常使用經過性能優化的分離型天線。一種流行的天線是倒F形平面天線(PIFA天線)。它工作性能良好,但也受到周圍物體負載的影響。任何接近天線的器件(如分立元件或相機模塊)都可能與天線耦合并吸收一些被發射出去的能量,導致天線效率下降。

        另一個嚴重的問題是用戶的手和頭對天線的負載效應。握持手機并把它放到耳邊將把能量耦合到身體進而使天線失諧并降低效率,而且還將造成?體對電磁輻射的吸收量過大,或者說SAR(特設吸收率,人體單位質量吸收的射頻電磁能量)過大。由于電磁輻射對人體有害,SAR越小越好。

        這個耦合將會使接收到的和發射出的信號的強度降低。在蜂窩電話中,這個作用使覆蓋范圍減小并造成掉線增多。在一些電話中通過提高發射功率來補償信號強度,但這樣做會縮短電池壽命。在數據傳送情況,信號強度下降將導致數據速率下降,因為有時需要重新傳送。所有這一切都是天線性能差造成的。

        無論如何,Ethertronics公司已研發出自己獨有的被稱為隔離型偶磁極(Isolated Magnetic Dipole)的金屬彎件。它是一種可把電流流動大部分限制在天線內并可減少對附近物體的耦合和干擾的專利設計。另外,它的SAR水平也非常低。蜂窩電話的總效率得到改善,PFIA從低于20%提高到超過80%,具體數值依賴于工作波段。它提供多波段運行功能且體積比競爭類型稍小。我們更容易把它安裝到產品中——即使天線是在設計工作完成之后才加進去的。

        天線設計基本上是一種黑色藝術(black art)。在設計中我們需要使用RF理論,但最終的產品常常是經過大量經驗性工作(嘗試、修改和一次次實驗)所得到的結果。結果通常是某種獨特的設計,可以像IMD(可植入醫療器件)一樣申請專利。其它天線公司(如Sarantel公司和Skycross公司)也在推出獨特的設計。一些真正的創新型設計來自制造超寬帶天線的公司。Fractus公司擁有的一款基于分形幾何學的天線,它可以在UWB所需要的巨大帶寬范圍內提供低SWR。

        對于蜂窩電話、膝上型電腦和PDA等設備,多天線已經成為典范。雖然目前常見的是單天線,但據預測到2008年典型的蜂窩電話可能會帶有3到4個天線。除了蜂窩電話天線之外,還將帶有為藍牙、Wi-Fi、GPS等用途而單獨配置的天線,至于還可能包含哪些其它用途的天線目前尚難確定,但NFCWiMAX的可能性很大。把它們安裝在哪里,尤其是如何避免它們之間相互干擾都是有待解決的問題。對天線公司來說,這是一個真正的挑戰。希望它們的創新可以解決這個難題,這樣我們就可以省些力氣。

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