PIFA 体积的大讨论

duxin0072002

我们都知道，PIFA的阻抗带宽，增益，效率等指标的优劣都跟天线的体积有着密不可分的关系。在查阅很多文献之后，令我遗憾的是，几乎所有的作者都是泛泛的提到上面的观点，至于为什么，都没有给出一个定量的说明，我认为，有理论根据的针对上述观点的解释将会对PIFA的设计起到很具有启发性的作用。
希望大家一起来深入探讨一下这个问题，一起提高。

duxin0072002

再增加一个问题：


PIFA是由Pach Antenna演变而来的，Patch 是二分之一谐振的，那PIFA为什么又是四分之一谐振的。

skytyb

接地了嘛，所以变成四分之一了。

duxin0072002

为什么接地了就变成四分之一而不是五分之一，有什么理论依据呢[em01]

asjade

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>duxin0072002</I>在2007-6-11 13:29:52的发言：</B>
为什么接地了就变成四分之一而不是五分之一，有什么理论依据呢[em01]</DIV>


哈哈！是个好问题，包括标题也是个好问题！
不过这个问题说来话长，如果要从头讲起都不知道是从哪儿开始。估计要从电磁场理论、天线基础、微带天线基础知识开始，估计一个上午未必讲得明白。
关于天线体积的问题，其实是很明确的。著名的chu-harrington limit定律讲的就是这个。不过就在天线学术圈子里面讲讲还有意义，去产业行业里面甚至客户那里就是秀才遇到兵，毫无意义了。
希望楼主先多学，后多问！有些教材和著作的学习研读是不能跳过的，如果要想把一些问题搞清楚的话。当然尽信书不如无书，多问多自己动手做也很重要。
虽然“学而不思则惘”，但是“思而不学则殆！”，“吾尝终日思焉，不如须臾之所学！”

duxin0072002

哈哈。

楼上的仁兄看来是个高手，但是你好像还是没有回答我的问题，我们的讨论不希望是务虚主义。


或者你可以说说那一本教科书上说讲了PIFA体积跟效率的关系，我去看看。[em01]

asjade

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>duxin0072002</I>在2007-6-11 15:15:08的发言：</B>
哈哈。

楼上的仁兄看来是个高手，但是你好像还是没有回答我的问题，我们的讨论不希望是务虚主义。


或者你可以说说那一本教科书上说讲了PIFA体积跟效率的关系，我去看看。[em01]</DIV>


呵呵！
1. Chu, LJ, “Physical Limitations on Omni-Directional Antennas,”
Journal of Applied Physics,Volume 19, pg 1163, December 1948.
2. Harrington, RF, “Effect of Antenna Size on Gain, Bandwidth, and Efficiency,”
Journal of Research of the National Bureau of Standards, Volume 64-D, pg 1, January/
February 1960.
3. McLean, JS, “A Re-examination of the Fundamental Limits on the Radiation Q of Electrically Small Antennas,”
IEEE Transactions of Antennas Propagation, Volume 44, pg 672,May 1996.

其实这些东西你去google上用“chu-harrington”就可以检索到的。喜欢上论坛但还不善用网络，知道有书但不习惯看文献，这是提高业务水平的障碍呀。
相信这些东西够你一到两周不来论坛了！[br]<p align=right><font color=red>+1 RD币</font></p>

duxin0072002

It's unfortunate I can not download the papers on the common site. I will be very pleased when I find these papers in your e-mail. Please contact me when you are free, and my mail address is duxin0072002@126.com

Thank you![em01]

asjade

等几天，我去找出来了给你！

szcarl

论坛内可以找到一些，比喻xingtanduxiu仁兄的《介绍PIFA》两篇！

TOG

长见识了
真的觉得在这个论坛成长了不少！
谢谢ASJADE！

skyty

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>asjade</I>在2007-6-11 18:17:59的发言：</B>



呵呵！
1. Chu, LJ, “Physical Limitations on Omni-Directional Antennas,”
Journal of Applied Physics,Volume 19, pg 1163, December 1948.
2. Harrington, RF, “Effect of Antenna Size on Gain, Bandwidth, and Efficiency,”
Journal of Research of the National Bureau of Standards, Volume 64-D, pg 1, January/
February 1960.
3. McLean, JS, “A Re-examination of the Fundamental Limits on the Radiation Q of Electrically Small Antennas,”
IEEE Transactions of Antennas Propagation, Volume 44, pg 672,May 1996.

其实这些东西你去google上用“chu-harrington”就可以检索到的。喜欢上论坛但还不善用网络，知道有书但不习惯看文献，这是提高业务水平的障碍呀。
相信这些东西够你一到两周不来论坛了！</DIV>


请问谁有以上三篇文献的，共享给小弟好吗？或者拿到论坛来卖啊。谢谢！
我的E-mail: waxy.5321198@tom.com

漫步云端

电小天线－周朝栋，里面讲的蛮透彻的，建议楼主阅读。

breezepchn

理论的依据是有的.
最初的1/4波长的微带天线侧面是整个接地面,接地面有镜像的效应.
但是后来仿真和实际应用中发现,点接地可以和面接地有相同的效果,
甚至更好.所以进一步演化到现在常用的PIFA天线型式.

lancway

PIFA是天线小型化的一种形式。一般DIPOLAR天线的电流是从FEED到开路点，通过1/2波长的电长度向空间辐射能量。但是PIFA是从FEED到短路点，从SMITH圆理论上来说的话，绕SMITH一周是走1/2波长，那么从开路点到短路点其实就是走1/4波长，因此不难理解为什么PIFA天线是走的1/4波长，也就能理解为什么说PIFA是小型化了的。

rogerover

如果我告诉你不short的PIFA也是1/4波长你会怎么说呢？


把PIFA的short 和 feed对调也可以，又做什么解释呢。最早的pifa天线是从imonopole->inverted L-> forward shorting -> backward shorting走过来的。从monopole变inverted L是为了减小profile，但是这种天线不再是简单的monopole，而有了travellingwave的味道，有了很强的方向性，在feed和open间加入short，这个是个inductor（参考rfic/mmic设计中via hole short在ads仿真中的对应的电感），从而实现长度的减小。把short加到后面的解释就五花八门了，最简单的还是当作一个放到另外一边的stub matching看，恩，不错，但问题来了，如果你认为这种解释对的话，那么平行加入两个点short, 多个点short，还有一个shorting wall再看看是不是还一致。


一个简单的对比,手机这类的pifa的radiiatior是平行于地的，但是pcb pifa就不是，爱立信早期的一个蓝牙天线和moto手机的蓝牙天线很多都是这种结构。如果用travelling wave来解释shorting 和feeding line的长度这里显然不合适，那么就用电流。用hfss仿真，跑animation，画出Vector Jsurf， 把patch变宽，换short的位置，对比正常的coaxial feed 看看你的结论有变化没有。如果有解释的话，wong kin-lu这台罐水机器早给结论了。

这种volume的合理的理论解释目前还没有出现，但是很多试验数据都表明了天线离地高度与resonance有密切的联系，尤其决定了一个可以达到的最小频率，这点有点像microstrip的腔体模型，但是那种模型只能适用于w/h>>1的情况，与PIFA类天线无关。笔者做过pcb pifa在一个平板waveguide下的试验，结果显示平板的最小频率确实与能达到的最低resonance相关，但是curve fitting的结果没有任何普遍意义，与一些多层结构的天线用conformal mapping算出的epsi_eff一样的无聊。

chu和mclean是基于dipole(electrical 和magnetic都可以)为基础的推论，完全理想状况，PIFA适合到什么程度见仁见智，天线里加个电阻就不好用了吧，或者不用铜，你用磁化过的铁片或者镀上厚厚一层镍，保证S11好，但是这种小Q是Rloss造成的，PIFA效率很低，Rloss很大,这个问题应该为讨论一下Rloss和Volume的关系。

719211123

以下是引用rogerover在2007-8-1 11:02:25的发言：
如果我告诉你不short的PIFA也是1/4波长你会怎么说呢？


把PIFA的short 和 feed对调也可以，又做什么解释呢。最早的pifa天线是从imonopole->inverted L-> forward shorting -> backward shorting走过来的。从monopole变inverted L是为了减小profile，但是这种天线不再是简单的monopole，而有了travellingwave的味道，有了很强的方向性，在feed和open间加入short，这个是个inductor（参考rfic/mmic设计中via hole short在ads仿真中的对应的电感），从而实现长度的减小。把short加到后面的解释就五花八门了，最简单的还是当作一个放到另外一边的stub matching看，恩，不错，但问题来了，如果你认为这种解释对的话，那么平行加入两个点short, 多个点short，还有一个shorting wall再看看是不是还一致。


一个简单的对比,手机这类的pifa的radiiatior是平行于地的，但是pcb pifa就不是，爱立信早期的一个蓝牙天线和moto手机的蓝牙天线很多都是这种结构。如果用travelling wave来解释shorting 和feeding line的长度这里显然不合适，那么就用电流。用hfss仿真，跑animation，画出Vector Jsurf， 把patch变宽，换short的位置，对比正常的coaxial feed 看看你的结论有变化没有。如果有解释的话，wong kin-lu这台罐水机器早给结论了。

这种volume的合理的理论解释目前还没有出现，但是很多试验数据都表明了天线离地高度与resonance有密切的联系，尤其决定了一个可以达到的最小频率，这点有点像microstrip的腔体模型，但是那种模型只能适用于w/h>>1的情况，与PIFA类天线无关。笔者做过pcb pifa在一个平板waveguide下的试验，结果显示平板的最小频率确实与能达到的最低resonance相关，但是curve fitting的结果没有任何普遍意义，与一些多层结构的天线用conformal mapping算出的epsi_eff一样的无聊。

chu和mclean是基于dipole(electrical 和magnetic都可以)为基础的推论，完全理想状况，PIFA适合到什么程度见仁见智，天线里加个电阻就不好用了吧，或者不用铜，你用磁化过的铁片或者镀上厚厚一层镍，保证S11好，但是这种小Q是Rloss造成的，PIFA效率很低，Rloss很大,这个问题应该为讨论一下Rloss和Volume的关系。