关于天线的一些问题 高手们进来看看

fengmo44

1.MONO天线下面是没有地的，但是为什么要求天线的要跟手机主板在水平方向上有一定的高度，请大侠们解释一下。
2.PIFA天线的辐射面和下面的地或者说整个主板的地构成一个天线，但为什么有的PIFA天线下面可以没有地？这个是为什么，这个天线又叫PIFA天线吗？
3.MONO也是可以加地馈点的，那么此时的MONO和PIFA又怎么去区别，还有这个地馈电是不是和主天线相连的，如果不相连就是加个寄生电容的效果，如果是和主天线连在一起的，那么怎么和PIFA区分，因为有的PIFA天线下面也是没有地的。
4.PIFA天线可以有两个地馈点吧，此时的PIFA天线还是属于PIFA天线吧？
5.PICA天线大家有了解吗？跟PIFA天线有什么关系和区别呢？


我最近想学点天线的东西，但是在这方面的基础为零，希望大家多多帮助，谢谢！

magicsissy

LZ是射频高手，现在要转行研究天线了？[em01]

fengmo44

此外就是对于天线的极化问题，我们如何在设计的时候保证天线是线极化。还有就是我们现在用的IFA PIFA MONO 是单独的水平或者垂直极化还是混合极化。

我觉得应该是混合极化吧，这个跟手机位置也有关系。

fengmo44

以下是引用magicsissy在2010-9-20 10:26:25的发言：
码了这么多字，论坛一点表示都没有，难怪52RD的网友们都不爱讨论了，sigh~[em15]

是啊，就看你的回复也该把帖子置顶让大家学习一下了。不过估计斑竹都等着放假呢，没心情来论坛了。

fengmo44

以下是引用magicsissy在2010-9-20 10:04:46的发言：
]

“是不是主板的地面积足够大了就可以把天线下面挖空了，如果主板面积不足，是不能挖PIFA下面的地的呢？”
对，是这样的。因为手机主板的地不能视为理想地，在地平面小于一定尺寸时（关于这个临界尺寸，翁金辂，Stuzman两位教授分别独立做过研究分析，有兴趣可以去查看），地平面本身就是辐射体，换而言之，也是天线的一部分。假如主板的地尺寸不足时，天线无论如何是调不出好性能的。

另外，前面我已经给出了PIFA天线的定义，另外也指出PIFA天线本身就是IFA天线，不可以割裂开来看待。说正下方必须有地的才是PIFA天线，正下方没有地就是IFA天线，这种观点本身就不正确。把PIFA天线正下方的地去除了，还是PIFA天线。但是这个时候辐射特性，肯定与不去除地有了显著差别。

如果不考虑SAR，不考虑layout的局限，不考虑元器件的干扰，同时地平面的尺寸是充分，净空处理后地平面大小同样足够。在这种情况下，给天线正下方加地就很莫名其妙了。

再简单地说，如果是一个天线，再加一个只有地（地的尺寸充分）的光板（这种天线+PCB的模型，论文里面经常用），把天线底下净空情况下的天线性能，肯定是比不净空的好。

真是太感谢了，看了这个我终于明白了。

magicsissy

码了这么多字，论坛一点表示都没有，难怪52RD的网友们都不爱讨论了，sigh~[em15]

magicsissy

以下是引用fengmo44在2010-9-20 9:39:30的发言：
。

不过从PIFA天线定义的角度看，这个地还是天线的一部分，难道仅仅是为了SAR吗？对于拓展天线带宽等其他方面就没贡献吗？（是不是主板的地面积足够大了就可以把天线下面挖空了，如果主板面积不足，是不能挖PIFA下面的地的呢？）
从你讲的我感觉如果不是考虑SAR，PIFA下面的地肯定是没有好，所以我就是不理解为什么PIFA不定义成没有地的，然后因为各种原因我们在下面加了地。

我的问题有可能比较弱，希望你见谅啊[em15]

“是不是主板的地面积足够大了就可以把天线下面挖空了，如果主板面积不足，是不能挖PIFA下面的地的呢？”
对，是这样的。因为手机主板的地不能视为理想地，在地平面小于一定尺寸时（关于这个临界尺寸，翁金辂，Stuzman两位教授分别独立做过研究分析，有兴趣可以去查看），地平面本身就是辐射体，换而言之，也是天线的一部分。假如主板的地尺寸不足时，天线无论如何是调不出好性能的。

另外，前面我已经给出了PIFA天线的定义，另外也指出PIFA天线本身就是IFA天线，不可以割裂开来看待。说正下方必须有地的才是PIFA天线，正下方没有地就是IFA天线，这种观点本身就不正确。把PIFA天线正下方的地去除了，还是PIFA天线。但是这个时候辐射特性，肯定与不去除地有了显著差别。

如果不考虑SAR，不考虑layout的局限，不考虑元器件的干扰，同时地平面的尺寸是充分，净空处理后地平面大小同样足够。在这种情况下，给天线正下方加地就很莫名其妙了。

再简单地说，如果是一个天线，再加一个只有地（地的尺寸充分）的光板（这种天线+PCB的模型，论文里面经常用），把天线底下净空情况下的天线性能，肯定是比不净空的好。[br]<p align=right><font color=red>+3 RD币</font></p>

fengmo44

以下是引用magicsissy在2010-9-19 23:57:24的发言：


这个很好理解，手机的趋势是小型化，而目前手机要具有的功能越来越多，元器件相应地也越来越多。主板就那么大，再挤出一块净空区域实在捉襟见肘。天线底下摆放元器件经常是不可避免的，所以天线底下也自然就要有地。再者，PIFA天线底下的地还可以起到降低SAR值的作用，有一定的用处。

不过现在手机天线越来越多地设计在手握处，很大程度上可以降低SAR值，这个时候，地用来降低SAR的作用就不那么突出了，可以进行净空，提升天线性能。比如三星手机的PIFA天线就经常设计在手握处，而且天线下方没有地。因为三星手机追求超薄，剖面的高度本身就很有限了，天线底下再加个地，就不用辐射了，不得不净空。

不过从PIFA天线定义的角度看，这个地还是天线的一部分，难道仅仅是为了SAR吗？对于拓展天线带宽等其他方面就没贡献吗？（是不是主板的地面积足够大了就可以把天线下面挖空了，如果主板面积不足，是不能挖PIFA下面的地的呢？）
从你讲的我感觉如果不是考虑SAR，PIFA下面的地肯定是没有好，所以我就是不理解为什么PIFA不定义成没有地的，然后因为各种原因我们在下面加了地。

我的问题有可能比较弱，希望你见谅啊[em15]

fengyunzhouwei

仰望一下4楼的大神。

magicsissy

以下是引用fengmo44在2010-9-19 10:28:21的发言：
此外还有一个问题，就是都说PIFA天线下面没地更好，因为可以增加其辐射面，也算是增加了天线高度等等，那既然这样为什么我们常用的PIFA下面还是有地的呢？ 这个确实让我很迷惑啊。。。

这个很好理解，手机的趋势是小型化，而目前手机要具有的功能越来越多，元器件相应地也越来越多。主板就那么大，再挤出一块净空区域实在捉襟见肘。天线底下摆放元器件经常是不可避免的，所以天线底下也自然就要有地。再者，PIFA天线底下的地还可以起到降低SAR值的作用，有一定的用处。

不过现在手机天线越来越多地设计在手握处，很大程度上可以降低SAR值，这个时候，地用来降低SAR的作用就不那么突出了，可以进行净空，提升天线性能。比如三星手机的PIFA天线就经常设计在手握处，而且天线下方没有地。因为三星手机追求超薄，剖面的高度本身就很有限了，天线底下再加个地，就不用辐射了，不得不净空。

fengmo44

对于其所说的超宽带特性，我真的没发觉，带宽上还是不够，而且体积小我也没觉得，面积倒是要求很大。看来这个不是个常用的天线啊。

magicsissy

查了一下你说的PICA天线，是Planar Inverted Cone Antenna的缩写，中译“平面倒锥形天线”，2004年5月的IEEE Transactions on Antennas and Propagation刊登了一篇论述这种天线的论文，题目为《A new ultrawideband printed monopole antenna: the planar inverted cone antenna (PICA)》。文章摘要中写到：平面倒锥形天线（PICA）拥有超宽带（UWB）性能，辐射场形类似于圆片单极天线，但是体积相对更小。

个人认为，如果是超宽带天线，同时又需要较大体积，那么这种天线应用在手机上的前景恐怕不会太乐观。众所周知，手机天线的空间已经是一缩再缩了。不要说新型的天线，旧有的monopole天线，PIFA天线已经足以应对现在的手机天线设计，问题是空间小得让它们无法正常施展身手。

[此贴子已经被作者于2010-9-19 23:59:03编辑过]

fengmo44

以下是引用411510550在2010-9-19 13:44:33的发言：
机壳为全素的条件下，PIFA下面的地挖空做IFA效果还是比PIFA好的，但是前壳为金属的框的情况下，挖空调的性能一般没有不挖的好；PIFA比IFA受环境的影响相对较小！[em01]

你说的跟实际中用的差不多的，不过我不是很理解，能说的再详细一点吗？

是因为有了金属框如果挖了PIFA下面有不完整的地所以效果不好吗？那如果天线下面没有金属框那就是挖了地的IFA比不挖的PIFA好了？ 当然是除了考虑SAR之外，毕竟如果有地的话PIFA的SAR确实要好一些。

411510550

机壳为全素的条件下，PIFA下面的地挖空做IFA效果还是比PIFA好的，但是前壳为金属的框的情况下，挖空调的性能一般没有不挖的好；PIFA比IFA受环境的影响相对较小！[em01]

lieren1986

只知道PIFA天线下面铺地，对SAR有明显的改善，不知道是不是主要的目的。

fengmo44

此外还有一个问题，就是都说PIFA天线下面没地更好，因为可以增加其辐射面，也算是增加了天线高度等等，那既然这样为什么我们常用的PIFA下面还是有地的呢？ 这个确实让我很迷惑啊。。。

fengmo44

magicsissy， 多谢赐教！ 我保存到笔记里好好学习，以后有问题还得多向你请教，我的知识面太窄了，快混不下去了。。。。。。

对了，最后那个我说的的确是PICA，叫什么倒锥形天线，据说占用面积比较大。

不过你让我学到了什么是FICA，不过FICA这么好为什么用的比较少呢？是因为专利问题还是调试比较复杂，又或者是高度或者某项参数要求比较高呢？

411510550

[em01]膜拜楼上的高手！

magicsissy

一一回答LZ的问题：

（1）monopole天线同样是需要天线高度的，实际上，天线的高度是指天线与地平面之间的距离。在PIFA天线上，这就体现为剖面的高度，而在monopole天线上，就体现为净空区域的宽度，也就是所谓monopole天线与地平面在主板水平方向上的距离。天线高度越大，越有利于辐射。

（2）什么是PIFA天线，它是Planar Inverted F Antenna的缩写，中译平面倒F天线。PIFA天线的基本结构可以分为一个辐射顶片（top patch），一个馈电引脚（feeding pin），一个短路引脚（shorting pin），狭槽（slot），还有所需的参考地（ground）。由于其辐射顶片，馈电引脚，以及短路引脚从侧面来看，如同一个倒放在地平面上的大写英文字母“F”，故而得名“平面倒F天线”。
PIFA天线最早源于King，Harrison，Denton等人在1960年提出的“并联驱动式倒L天线”。演化过程可以概述如下：
monopole（单极天线） -> ILA（倒L天线） -> IFA（倒F天线） -> PIFA（平面倒F天线）

可以看到，PIFA天线实际上是与monopole天线有着千丝万缕的联系。但是PIFA天线独特的构造，又使得它在一定程度上成为了几种天线衍生融合：monopole，planar monopole以及microstrip patch antennas。譬如为什么PIFA天线强调天线与地平面之间的垂直高度，实际上这是微带贴片天线的特性之一，微带贴片天线的辐射机理实质上是高频电磁泄漏，一个简单的矩形贴片天线可等效为两个等幅同相的缝隙天线（具体可参见微带天线的教材，有图示），微带贴片天线的主要辐射是靠辐射元的边缘，这就是为什么PIFA天线的高度特别重要的原因，高度越低，能量越被束缚在天线与地平面之间，无法良好地辐射出去。

所以PIFA天线正下方有没有地，都是PIFA天线。不过在去除其正下方的地后，更有利于辐射。把PIFA天线和IFA天线割裂开来，认为是两种不同的天线，是欠妥的观点，PIFA天线本身就是IFA天线。

（3）正如之前说的那样，monopole，IFA，PIFA是存在密切联系的。为什么IFA，PIFA需要一个短路引脚，这个短路引脚本质是引入并联电抗，起到的是阻抗变换的作用。引入短路引脚，将ILA变成IFA，PILA变成PIFA，并不会真正改变天线的辐射机理。

（4）PIFA天线可以有两个短路引脚，如（3）中所说，短路引脚本质上起到的是阻抗变换的作用。三个引脚的天线在实际研发中并不鲜见，并不仅仅局限于带有寄生单元的PIFA天线，诺基亚的天线中就有一个PIFA天线却带有两个短路引脚的例子，而且两个短路引脚都连在同一个天线上。

（5）你说的应该是FICA天线，FICA天线是“folded inverted conformal antenna”的英文缩写，中文意为“折叠倒放式共形天线”。FICA天线是Motorola公司研发出来的新型天线，已被申请专利，并应用于市场上的多款Motorola机型。

传统的PIFA天线，其工作的谐振模是各自分用天线的可用体积，是“share”。以目前最为主流的PIFA天线样式“G” Pattern为例，其外观为一条长走线包着一条短走线，看上去就像一个大写的英文字母“G”，故名“G” Pattern。“G” Pattern的两条走线，长走线的电流通路较长，用于激励低频谐振模，而短走线的电流通路较短，用于激励高频谐振模。

而FICA天线则完全是一种新型的思路，其工作的谐振模是对天线体积的综合再利用，是“reuse”。从外观上看，FICA天线有两个臂，在天线的主体上有一条狭缝（slot）贯穿整个天线。而FICA天线最奇异之处就莫过于它那条贯穿整个天线的狭缝。FICA天线共有三个谐振模，一个是低频段的“共模”（common mode），另外两个是在高频段，分别是“差模”（differential mode）和“缝模”（slot mode）。体积再利用（reuse）的实现，使得与各谐振模相关联的反应电磁能覆盖了整个天线体积。差模和缝模可以综合产生一个宽阔，连续，跨越几百兆赫兹的辐射频带。

不仅如此，FICA天线同时在体积上要小于PIFA天线，天线中间空出来的空间可以用来摆放speaker，camera等等元器件。用更小的体积做到了更宽的带宽，FICA天线因其独到的设计理念，而全方位地超越PIFA天线。

LZ如果有兴趣，可以去这个论坛（http://www.mwtee.com/）搜索一下，有多个帖子谈到了FICA天线。

（6）关于极化的问题，还是归结到之前谈到的问题，monopole，IFA，PIFA本身紧密相关，LZ有兴趣去观察一下monopole，IFA，PIFA的辐射场形，会发现它们有着非常相似的特点。手机天线的低频刚好满足1/4波长特性，因此场形接近半波振子。对高频来说，天线的电尺寸超过3/4波长。尺寸超过半波长后，副瓣数目在增加。这仅仅是考虑手机长度方向的尺寸，手机还有宽度，手机的宽度方向刚好是高频的1/4波长，又增加了一个维度，使得场形复杂了，副瓣数目就更多了。

所以低频上，类似于半波振子，一般是沿着手机长度方向上的极化，即平常说的垂直极化（手机竖直摆放）。而高频上，则是水平方向和垂直方向都有较大的极化分量。LZ有机会仔细观察一下天线测试，在测试天线低频时，一般测一个垂直极化就行了。而测高频时，则两个极化都要测。[br]<p align=right><font color=red>+5 RD币</font></p>

273adiao

说起来，这就是mono，ifa，pifa名字不一样的原因