天线设计基础.doc

天线设计基础
1. 天线基本知识
2. 网络分析仪,暗室和CMU200的使用
3. 研发流程图
4. 新到手机的处理
5. 治具的制作
6. 天线的调试(以PHS为例)
7. 数据报告和承认书
8. 线圈的打样和承认
9. 试生产
1. 天线基本知识
天线的定义:
引用国际上官方的定义如下:
The official IEEE definition of an antenna follows this concept: That part of a transmitting or receiving system that is designed to radiate or receive ic waves。
也就是说:天线就是发射或接收系统中设计用来辐射或接收电磁波的那部分。
天线的分类:
按外观分类:外置式和内置式。
按结构分类:固定式(内外模),组装式(TOP+主体),TOP+内模等。
按频段分类:450MHz,CDMA(824-849MHz),GSM(880-960MHz),DCS(1710-1880MHz),PHS(1895-1918MHz),PCS(1850-1990MHz),3G(1920-2170MHz),Bluetooth(2450MHz)。
天线的频段
当今移动通信系统主要有如下的工作频段,请见下表:
内工作的,天线的频带宽度有两种不同的定义----
一种是指,在驻波比VSWR≤,天线的工作频带宽度; 一种是指,天线增益下降3dB范围内的频带宽度。
在移动通信系统中,通常是按照前一种定义的。具体的说,天线的频带
,天线的工作频率范围。一般来说,在工作频带宽度内的各个频点上,天线性能是有差异的,但
这种差异造成的性能下降是可以接受的。
天线的性能参数
目前天线的测试参数主要有:反射损耗(return loss),驻波(VSWR),
增益(Gain),Smith chart,灵敏度,效率,SAR。而我公司目前能提供的有反射损耗,驻波,增益,smith chart和灵敏度。
反射损耗
当馈线和天线匹配时,馈线上没有反射波,只有入射波,即馈线上传输
的只有向天线方向行进的波。这时,馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等,馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。
而当天线和馈线不匹配时,也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时,负
载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量,而不能全部吸收,未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。
RL=10log(Preturn/Pin)
驻波
在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方,电压振幅相加为最大电压振幅Vmax,形成波腹;而在入射波反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Vmin,形成波节。其他各点的振幅值则介于波腹和波节之间。这种合成波成为行驻波。
VSWR=Vmax/Vmin
VSWR越大,反射越大,匹配越差。
反射损耗和驻波的换算关系如下:
RL=20log[(VSWR-1)/(VSWR+1)]
增益
增益是指:在输入功率相等的情况下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的功率密度之比。它定量的描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系,方向图主瓣越窄,副瓣越小,增益越高。换言之,某天线的增益,就其最大辐射方向上的辐射效果来说,与无方向性的理想点源相比,把输入功率放大的倍数。通常计算天线的最大增益。
天线的增益一般分为E面和H面,E面指的是天线的电场面,H面指的是天线的磁场面。下图是对称振子的立体辐射图和E面和H面的增益图。
半波振子的增益为G=
若是以半波振子为参照,则增益的单位为dBd,半波振子的增益为0dBd。
Smith chart
Smith chart是表征微波器件的阻抗特性的工具。它适用于任何特性阻抗的系统,通常的系统特性阻抗为Z0=50Ω或Z0=75Ω。Smith chart通常为归一化的表达方式。
即Z=ZL/Z0
如下所示为Smith chart的电感和电抗的曲线。
天线效率(Radiation Efficiency)
天线的辐射效率是天线的辐射功率与天线的输入功率的比值。
Er=Pr/Pin=Rr/RA
其中Rr为天线的辐射阻抗,RA为天线的总的阻抗。
灵敏度
手机天线最重要的性能指标是灵敏度,它表示手机能