便攜無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品中的小天線(xiàn)的設計

電介質(zhì)成為天線(xiàn)設計一部分

幸運地是，材料科學(xué)和天線(xiàn)理論的發(fā)展為設計工程師在外接和基于PCB這兩類(lèi)天線(xiàn)之外，還提供了其它選擇。這些天線(xiàn)將天線(xiàn)的體積效率最大化，同時(shí)克服或實(shí)際上消除了布局影響及匹配的不確定性。與此對照的是，塊狀和鞭狀無(wú)線(xiàn)是二維的，其效能主要取決于所處空間而非體積。雖然分立天線(xiàn)切實(shí)增加了成本，但它們也常常在改善或保證產(chǎn)品性能的同時(shí)減小了尺寸。

聽(tīng)起來(lái)也許不合常理，作為絕緣體的電介質(zhì)會(huì )在天線(xiàn)設計和實(shí)現中扮演著(zhù)重要角色。但事實(shí)的確如此，在超過(guò)50年的時(shí)間內，電介質(zhì)一直是天線(xiàn)設計的一部分，它有助于成型和管理天線(xiàn)模式電場(chǎng)。場(chǎng)能量以相當高的密度積聚并存儲在電介質(zhì)內，所以，外部物體或場(chǎng)具有相對小的影響且并不影響天線(xiàn)的固有共振。

當然，高相對介電常數只是基于電介質(zhì)的天線(xiàn)取得成功的關(guān)鍵因素之一。材料還需要低電介損失(高Q材料)和低溫系數以最小化物理尺度變異，該變異可導致失(調)諧。

例如，英國Sarantel公司的Geohelix天線(xiàn)采用獨有的陶瓷材料和形狀，與塊狀和鞭狀天線(xiàn)相比，它具有將近場(chǎng)輻射減少最低90%的能力。受用戶(hù)手和軀體影響的近場(chǎng)在Sarantel天線(xiàn)內幾乎是被完全封閉起來(lái)的。該天線(xiàn)當帶通濾波器使用，以抑制帶外信號同時(shí)還去掉了做在PCB或機殼上的地平面。

不再需要地平面是該設計具有平衡電流的結果，因流進(jìn)天線(xiàn)的電流總和為零，所以其共振獨立于PCB或封裝。與此相對，一個(gè)基于微帶的塊或外接鞭狀天線(xiàn)需要一個(gè)地平面以取得共振，流進(jìn)(或流出)天線(xiàn)的電流需要在地平面上生成一個(gè)互補電流，這樣才能產(chǎn)生共振。

類(lèi)似，另一家英國公司Antenova擁有一種高電介質(zhì)天線(xiàn)技術(shù)，它提供一種適用于全向、有向甚至多帶應用、具有10GHz以上頻率響應特性?xún)?yōu)點(diǎn)的體積式非交感天線(xiàn)。這些高效器件對接近失諧和效應具有相對免疫力。將這些器件整合起來(lái)可打造一款具有極佳操控性的智能天線(xiàn)，智能天線(xiàn)被越來(lái)越多地用在基站中以擴充系統能力同時(shí)改進(jìn)每個(gè)呼叫的性能。

例如，Antenova已開(kāi)發(fā)出一種用于無(wú)線(xiàn)LAN、覆蓋2.4到2.5GHz和4.9到5.9GHz雙頻段的雙帶混合IEEE 802.11a/b/g天線(xiàn)，它具有4×4×20mm的體積(見(jiàn)圖3)。

圖3：Antenova的高電介質(zhì)混合天線(xiàn)在一個(gè)緊湊封裝內提供多帶性能

該天線(xiàn)有三個(gè)元件：一條微帶饋線(xiàn)，它也與接至天線(xiàn)的1.2mm直徑、超小同軸電纜饋線(xiàn)匹配;一個(gè)發(fā)射器件，由1/4波長(cháng)地塊和兩個(gè)共振器(每頻段一個(gè))組成;及一個(gè)陶瓷顆粒，它負責激勵發(fā)射元件并在發(fā)射元件和饋線(xiàn)間形成耦合。

不同的方法

不是所有的這些新天線(xiàn)都以陶瓷為核心。巴塞羅納的Fractus公司將基于不規則碎片幾何學(xué)的幾何模式用于其封裝天線(xiàn)(antenna-in-package)設計中。該多帶天線(xiàn)能被印在襯底上或嵌入在芯片內。他們提供一種發(fā)射效率高于70%、峰值增益高于1dBi、VSWR低于1.5:1的GSM天線(xiàn)。該天線(xiàn)具有50歐姆不平衡阻抗，體積僅有10×10×0.9mm。

作為來(lái)自同一家供應商Centurion Wireless Technology(現Laird Technologies的一部分)的塊狀和分立天線(xiàn)的一種對比，Centurion提供一種能被附著(zhù)在產(chǎn)品外殼內的微帶塊天線(xiàn)。它工作在2.4到2.5GHz頻段、43×43×1.65mm大小。在工作頻帶內，該天線(xiàn)具有5.1dBi的增益和小于2.5:1的VSWR。Centurion相同頻帶的BlackChip表貼天線(xiàn)的增益大于2dBi、VSWR小于2:1、8×6×2.4mm大小。

大多關(guān)于天線(xiàn)設計的書(shū)籍充斥著(zhù)難以用于實(shí)際設計的復雜理論和公式。但這種現象主要還是源于天線(xiàn)問(wèn)題的本來(lái)特性而不是作者刻意要顯得晦澀高深。由Newnes/Elsevier出版的Douglas B. Miron寫(xiě)的《小天線(xiàn)設計》是一本覆蓋了理論、模擬和設計的參考資料。