资深人士关于PIFA天线的理解与讨论
生活随笔
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资深人士关于PIFA天线的理解与讨论
小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.
1。PIFA天線是微帶天線演變而來。很多的英文資料介紹Patch Antenna，建議看看基本原理。最簡單的patch天線是一個金屬片平行放置于地平面上，用同軸線或者微帶線饋電即可。其輻射主要靠邊緣場。假設該天線平行于大地放置，其形狀為矩形，長邊左右擺放，長邊的長度為1/4波長。如果左邊緣的場是從patch到地，那么右邊緣剛好反向從地到將左右兩個邊緣的電場分解成水平和垂直分量，你會發(fā)現(xiàn)垂直分量抵消，水平分量加強。這樣將會產(chǎn)生平行于地平面的線極化遠場。就手機而言，pifa天線的主極化一般是平行于手機主地平面。此時，可以得到兩個基本結論，1）這種天線的諧振波長為貼片長邊的4倍（實際中請考慮介質(zhì)的波長縮短效應，正比于1/sqrt(epsilon)；2）這種天線的輻射主要靠邊緣。而邊緣的場越往外傾斜，輻射越好（開放場）。這就是為什么PIFA天線的高度如此重要的原因。
aN5w ?
2。加一個接地片（很多加在饋電附近）后，從微觀角度來看貼片上的電流將改變流向，部分電流從右側會流回來再回到地。這樣天線的諧振頻率就會降低，一般波長會在4倍于貼片長邊和短邊之和左右（同樣要考慮波長縮短效應）。從另一個角度來說，饋電柱與短路柱是一段雙線傳輸線。它將變換天線的阻抗。是一種變壓器效應，它將部分容抗變換成感抗，從而使整個天線形成諧振。這段線越長（極限是長到1/4波長）其變化效果越明顯（越敏感，實際中就是天線的高度增加）。傳輸變換原理大家應該清楚。當改變饋電柱和短路柱的橫向尺寸或者他們之間的距離時，實際上你是在改變該段傳輸線的特征阻抗。也就相應地改變變換公式中平方的那部分。這就是為什么我們常說饋電電和短路的改變將比較大的改變天線的阻抗。同時也是為什么說PIFA天線一般可以不要匹配電路可以優(yōu)化的（事實上，加匹配有時候會反而降低天線的傳輸性指標）。 IT u6m<V ?
3。這個問題的解釋是要配上圖可能會更清楚。的確有些問題是要有堅實的理論基礎以及現(xiàn)實經(jīng)驗才會有比較深的理解的。建議朋友們工作時一定要扎實。以我個人經(jīng)驗具體做法是：實際工作中的數(shù)據(jù)要仔細分析，當發(fā)現(xiàn)不一樣就要找為什么。這里的不一樣可能是這次的結果和上次的不一樣，也可以是結果與你想象的不一樣，還可以是你的結果和別人的結果不一樣。當你找到了為什么不一樣的原因后，你就會有較深的理解，同時你就進步了。有時候要想搞清楚‘不一樣’，需要很多其他的知識，你也要想辦法去學習（復習），相應地也就增加了你的知識面。 . !|3a ?
monopole中文意思為單極子，然而其實際工作原理并不如其名字一樣。 pU|SUM ?
先從短偶極子說起，其兩臂上的電荷一正一負并成正弦變化時，也就產(chǎn)生了交變電流（場），對外輻射。半波振子，上下臂各四分之一波長。上下臂的電流大小對稱流向相同（正負電荷成對），電流強度分布是從中間饋電點處向兩端點逐步由大到小。饋點處電流最大，電阻（因為正好諧振沒有電抗）最小。這樣的天線為平衡天線（天線上電流上下臂平衡）。 Ox` +Z0)a ?
現(xiàn)在去掉偶極天線的一臂，將另一臂換成無窮大地，大地對場的反射，根據(jù)鏡像原理，一正電荷將在其鏡像處感應出一負電荷，此時，天線的上臂將產(chǎn)生一鏡像，該鏡像上的電流分布完全等同于偶極天線的下臂，在這種情況下，我們稱這種天線為單極天線。對于無窮大地其輻射圖等同于偶極子。如果將地逐步縮小，將無法行程理想鏡像，下面地的電流分布將發(fā)生變化。 G3&l|@5 ?
現(xiàn)今的手機，體積越來越小，機體再不能看成是大地，機體越小，手機中的單極天線受手機影響越大，因為手機儼然成為了天線的另一臂了。這種天線是非平衡天線。天線（系統(tǒng)）上電流分布將明顯受手機體的影響。當手機的最大尺寸小于系統(tǒng)最小頻率的四分之一波長時，天線系統(tǒng)將無法在該頻點處產(chǎn)生諧振。如AMPS、PCS雙頻系統(tǒng)設計，AMPS頻段就要求機體長度至少達到824MHz的四分之一波長。手機越小，天線越容易受翻蓋的影響，等等。。。 +h$) l/>: ?
這個帖子沉下去那么久了，居然還有人給頂上來。本人也很?****揮性謖飧鎏匙由戲⒈砜捶恕Ｂド系奈侍夂芰常們胰銜鬩齙腃DMA、GSM、DCS、PCS或者GSM、DCS、PCS、WCDMA。這兩種組合共性是雙頻帶，挑戰(zhàn)主要是增加各帶的帶寬而已。其他的組合（如GSM、GPS、DCS、PCS）可能要出現(xiàn)3頻帶甚至更多頻帶，這里的挑戰(zhàn)將更大。因為要增加諧振點的個數(shù)，同時要控制各諧振點彼此之間的距離。對于第一種情況，簡單說上幾句如下。 .7*3V6h=F ?
理論是指導實際的。如果理論實際能彼此交融，你的功底將不同一般。雙頻帶的四頻天線，焦點在于帶寬。要想優(yōu)化到最佳帶寬，就必須從理論上知道有那些因素會影響它。前面說到PIFA的工作原理時，說到了邊緣場分布，那里我只是說一對邊（較長方向）的輻射。事實上，矩形微帶天線的另一對邊（較短方向）也會幫助輻射的，這個由場模式?jīng)Q定。模式取決于饋點的位置和波長。一般來說，短邊的邊長越長，帶寬也會增加。當長短邊近乎相等時（方形）饋點、短路點的位置選擇尤其重要。它會直接影響天線的指標如極化及方向圖。 ;{e;6Hq ?
兩對邊緣場可能輻射不同的極化分量，且它們之間的相位差也可能滿足一定的關系。（patch antenna做圓極化GPS天線正是利用此原理）。設計合理時，可以讓兩個模式諧振的頻率接近，形成雙峰結構，也就增加了帶寬。如果在高低頻段各自形成雙峰結構，你的4頻天線的帶寬可能就得到了優(yōu)化。注意，這種天線設計時要關注其在同一頻帶不同頻點的極化方式。 C>vp oCA ?
大家都知道了，PIFA的高度直接影響帶寬。現(xiàn)在又提到了一個天線的短邊長度。再重復幾個原理，介質(zhì)介電常數(shù)增加會降低帶寬，損耗降低會降低帶寬（但增加損耗來改善帶寬并不一定合算）。 tp,e:4\ 8Q ?
所以，你的天線高度要夠，寬度要夠（當然長度也要夠），說到底，體積要夠（只是各個尺寸對各個參數(shù)的影響程度不同而已）。天線的介質(zhì)要盡可能少以降低介電常數(shù)（對于某些應用我們會需要很大的介電常數(shù)以減小體積）。你可能要問多少尺寸才夠。答案是，不同的案例情況有所區(qū)別，無法一概而論。但我可以說的是，目前國內(nèi)絕大多數(shù)天線的設計都是尺寸不夠的，大都以”性能“換取”小“的。 NiwJ$Ah~X ?
建議大家如有可能，讀讀英文版的天線原理，其中微帶天線部分會給你很大幫助。 DJv;ed%x ?
您講，簡單的PATCH ANTENNA，長邊是1/4波長，那兩邊應該是90度的相位差， 0"~ `U.k~M ?
那么，邊緣的電場是如何抵消的吶 ？ R~ $W ?
這里是我講的時候跳躍性比較大。對于沒有短路點的微帶天線（或者patch antenna），長邊方向需要1/2波長才能產(chǎn)生TM100場模式，此時垂直分量可以抵消。但是我們說PIFA通常在饋電點旁邊會有一個短路點，該短路點的引入會改變場模式，長邊只要1/4波長左右，兩邊緣的場垂直分量（有部分）會抵消。也就是說，這就是為什么你的短路點和饋點的位置選擇會直接改變場模式（也就會改變阻抗）的原因。換句話說，短路點的引入實際上能減小天線的尺寸。經(jīng)驗公式基本是 <MlRy%3Z ?
天線的低頻的諧振點波長為4×（長邊＋短邊），這里忽略了波長縮短效應。 z@nJ-*'U8 ?
好吧，我說幾本英文的好書吧。順序靠前的是推薦度高的也是我好好看過的。 do2~LmeW ?
1） Plannar Antennas for Wireless Communications， Kin-Lu Wong 2[W1EQI ?
2) Microstrip and Printed Antenna Design, Randy Bancroft +6=2B0$ r ?
3) Electromagnetic Anechoic Chambers, Leland H. Hemming a$7}_kb ?
4) Antenna Theory and Design, Revised Edition, Robert S. Elliott y;+5cn C ?
5) Microstrip Antenna Design Handbook, Ramesh Garg, Prakash Bhartia, Inder Bahl, Apisak Ittipiboon Nj2f?',;U ?
以上1）是著重講常見的無線通訊天線如手機天線（外置的，內(nèi)置的等）、基站天線等。偏重實際，理論偏少。2）是講微帶天線以及電小天線的。作者是一個從事天線設計20年以上的工程師，該作者理論及實際水平很高。3）是講微波暗室的設計原理，要考慮的因素等，是一本非常實用的書。我看完以后感覺收獲很大。4）是講各種天線的基本理論的。5）是講微帶天線的，理論性很強，看起來不是很容易。 (GVH#}uB ?
另外我順便在這里共享一個信息吧。有想到上海作手機天線研發(fā)的和我聯(lián)系，可以和我作同事。可以發(fā)郵件到[url=mailto:joezh1999@sohu.com]joezh1999@sohu.com[/url] _R!KHi ?
公司為美資公司，是一家全球公司，在上海的規(guī)模有1000人左右。簡略要求為， s6(iiB%d ?
1）本科以上相關*****， -uDB#?q:W ?
2）工作扎實，有技術敏感性 xS) njuq4 ?
3）有1年以上天線設計經(jīng)驗 ,O@x v ?
4）有英語溝通能力（CET4） EK^B=)q6:W ?
不是廣告，僅僅是信息共享。有誠意者我可以推薦。其他勿擾 3@ a ?
有幾個地方不能認同和大家討論討論： 6~KtT{MYQ ?
1，關于PIFA的輻射場問題，特別是對于手機的Low band，覺得所謂的邊緣場輻射的解釋占不住腳，因為不管PIFA天線還是IFA、monopole，不論Feed pin的方向怎么放置，方向圖始終是全向的，說明Low band的輻射中板子的作用貢獻更大； v$R+5_@[l ?
還有，微帶天線饋點偏離中心，利用各邊緣形成電場差輻射；PIFA的饋點在一端，這里的電場非常弱，我不能肯定還用微帶天線解釋是否合理。 _~aFzM ?
2，關于short pin縮短天線諧振長度的問題，如果我們用monopole天線，調(diào)整到了合適的諧振長度，這時候加上一個short pin，也就是說變成一個IFA天線，它的諧振頻點并沒有變，只是return loss變深了而已，也就是說改變的只是它的輸入阻抗；PIFA也一樣，去掉或者加上short pin諧振長度并沒有明顯的變化，只是輸入阻抗變大了從而使return loss變深了。 93="sS ?
我認為short pin的作用只是引入了一個磁耦合，稀釋了Feed pin中的電流，從而提高了天線的輸入阻抗，因為小天線的輸入阻抗總是小于50ohm的，輸入阻抗的提高總是能改善天線的return loss的。 _pSCv:3T ?
這只是我自己的看法，歡迎討論 X|'EyZ ?
上面fourthman提出的兩個問題，我說一下我自己的看法。我不是做小天線的，可能看法不一定對。首先，我覺得Joe的說法有一定道理的，可以用邊緣場的輻射來解釋PIFA，但是和普通的微帶天線還有很大不同。其實根據(jù)惠更斯原理，所有的天線都可以通過在規(guī)則的圖形上電流和磁流的積分來求遠場。至于你說的在低端方向圖是全向，因為頻率比較低，地不夠大，繞射性強。還有就是短路釘?shù)膯栴}，我覺得肯定可以降低頻率，我最近就在做類似的東西，如果你掃頻寬一些，你就會發(fā)現(xiàn)。短路釘應該會引入感抗，引入交叉極化。愚見，歡迎拍磚！ @add'>) ?
這么多人捧場。這么久了，還有人在讀，在想。也很欣賞fourthman的帖子，因為你有自己的思考。對于你提到的2點我作點補充 `I(#.* ?
1）關于你說的 “因為不管PIFA天線還是IFA、monopole，不論Feed pin的方向怎么放置，方向圖始終是全向的“。不知你有沒有認真看方向圖。以PIFA天線在常規(guī)直板機為例，其在GSM低頻段（900MHz）的方向圖H面全向嗎？H面上增益最大與最小能差多少dB？請不要把你的坐標定得太大。然后你不妨多觀察幾種PIFA的方向圖（H面），你能看出什么規(guī)律嗎？請大家也注意研究一下。研究時，請著重比較有饋點短路點一側與另一側的增益區(qū)別。 2%YtMkC5 ?
2）短路點的加入能否降低頻率問題，應?****揮姓欏Ｄ悴環(huán)磷饕桓黽虻サ膒atch antenna，加和不加短路點很快就看出此作用。 {EKzPr/ ?
至于原理解釋的問題，大家都可以從不同的角度來解釋。解釋不是唯一的。取決于你從什么角度去理解，取決于你是如何建立物理模型。微觀角度的從電流分布入手，搞‘路’的可以從等效電路模型入手。各種解釋方法并不改變其物理本質(zhì)和物理規(guī)律。 $sDvE~f0n ?
再補充一點，我們常用的小天線不是單頻率的，而是一個或者多個頻帶工作。小天線的輻射電阻是很小的，并不是輸入阻抗很小。天線的VSWR好不好取決于天線的輸入阻抗與系統(tǒng)的匹配程度。電抗的作用不可小覷。在你提‘阻抗’如何如何的時候，心中一定要想清楚我到底是在考慮電阻還是電抗。在Smith圖上等電阻圓不是以圓圖的圓心為圓心。電阻不變，改變電抗，VSWR（匹配程度）是會相應改變的。 如果講? “輸入阻抗的提高總是能改善天線的return loss的”，需要考慮清楚。電抗增加了阻抗的模值增加，Return Loss不一定會改善。 p`// *gl ?
還有，天線的輸入電阻包括輻射電阻和損耗電阻兩部分。通常兩部分并不能嚴格確定。也就是說輻射效率（注意不是指天線的總效率，不包括反射）在整個頻帶內(nèi)并不是常數(shù)。電阻增加了，并不一定輻射電阻增加（或者不增加那么多）。再往深處想，在smith圖中以圓圖的圓心為圓心的同心圓（等反射系數(shù)圓）上各處反射相同，即return loss相同，天線效率并不一定相同。究竟在何處最好，這就是學問。有興趣者不妨自己研究研究。 T:ye2yg ?
fourthman朋友一定是理論不錯的，也有相當實踐經(jīng)驗的。謝謝你的問題。 8}m bfu o1 ?
這個經(jīng)典的帖子，我也回一下吧。 Nf0'>`/ ?
1.關于joezh1999。 \%nFCK0 ?
這是一位技術扎實，經(jīng)驗豐富，非常熱心的行業(yè)前輩。說實話，他的那段經(jīng)典回復現(xiàn)在不光是52rd，很多別的論壇談到手機天線的帖子都能看到這段文字，被轉載了N次。稍微介紹下joezh1999，他姓周，joe是他的英文名，1999是他參加工作的時間。如他之前的回復所說，他之前供職于一家美資的公司，不過現(xiàn)在是在國內(nèi)一家頂級的天線公司，并且在這家公司的上海研發(fā)中心當老大。所以TIM207 不必感慨：“為何牛人都在外企啊。。。要是joezh1999在國產(chǎn)手機公司，那該多好啊。。。”至于ccbxd說的：“看來JOEZHOU1999，突然發(fā)現(xiàn)應該是深圳科技園某某公司的大俠......”這個你恐怕弄錯了，joezh1999所在的公司總部倒是在深圳，不過不是在科技園，而是在關外。這家公司軟硬件都很過硬，在行業(yè)里是非常有名的。所以無怪乎joezh1999這樣的牛人會在這家公司。 o9)pOwk7; ?
joezh1999，只是簡單介紹下你，我也是無意中得知你的，希望我的這番介紹沒有冒犯到你。 CmaV> ?
2.關于joezh1999介紹的幾本資料。 > }#h ?
1)Plannar Antennas for Wireless Communications， Kin-Lu Wong PI>PEge!& ?
2) Microstrip and Printed Antenna Design, Randy Bancroft %G6ml, ?
3) Electromagnetic Anechoic Chambers, Leland H. Hemming *I; ,|Jjk ?
4) Antenna Theory and Design, Revised Edition, Robert S. Elliott SFrQPdX6V ?
5) Microstrip Antenna Design Handbook, Ramesh Garg, Prakash Bhartia, Inder Bahl, Apisak Ittipiboon iB[>uW ?
1) 《Plannar Antennas for Wireless Communications》 `ReTfz;o ?
這本書論述和總結了PIFA天線、monopole天線、基站天線、無線局域網(wǎng)天線等諸多應用于現(xiàn)代通訊設備的新型天線種類。本書在手機天線，無線網(wǎng)卡等小型無線通訊設備天線行業(yè)里幾乎人所共知，被許多工程師奉為經(jīng)典級著作。作者翁金輅(Kin-Lu Wong)教授，是IEEE會士，臺灣國立中山大學學術副校長，學術研究處學研長，工學院電機工程系電波組教授，國立中山大學天線實驗室負責人。他在平面天線應用于無線通訊的研究領域是處于國際領先地位，對于手機天線設計有著極深的造詣。所以把這本書作為第一推薦是一點也不為過的。 H`/Q hE ?
2) 《Microstrip and Printed Antenna Design》 7n*,L5%?]4 ?
作者Randy Bancroft，是美國愛荷華州大學的電機工程學士，科羅拉多大學電機工程碩士。曾分別在洛克希德，馬丁?瑪麗埃塔，湯姆森家電，鮑爾航空航天等公司工作過，甚至joezh1999之前談到的自己任職的那家美國公司，Randy Bancroft也在其中工作過，呵呵。所以joezh1999的對于Randy Bancroft的這番評價：“作者是一個從事天線設計20 年以上的工程師，該作者理論及實際水平很高。”也是很恰如其分的。 -.A%c(|Q ?
3) 《Electromagnetic Anechoic Chambers》 Fw!wSzsk3 ?
這本書系統(tǒng)講述了電磁消聲暗室的設計，制造，材料選擇，測試程序等內(nèi)容。都是很直接實用的內(nèi)容。 `oP<mLxle ?
4)《Antenna Theory and Design, Revised Edition》 ;seD{y7! ?
5)《Microstrip Antenna Design Handbook》 L(a&,cdh ?
這兩本書都很厚，一個600多頁，一個800多頁，都是理論性很深的書，讀下來應該需要很好的耐心。 -x~h.s, ?
以上這些書都是外文專業(yè)類書籍，國內(nèi)是買不到的，是由美國Wiley公司出版發(fā)行的，可以在Amazon網(wǎng)上書店購買，國內(nèi)的卓越亞馬遜雖然隸屬Amazon旗下，但是限于國家對圖書、印象等商品的規(guī)定，現(xiàn)在還無法出售亞馬遜網(wǎng)站的商品。所以如果想購買的話，只能直接向Amazon訂購，而且需要用Visa，Mastercard等具有國際支付功能的*****付款。亞馬遜的網(wǎng)址是 http://www.amazon.com/ ;K<e]RI;? ?
必須指出的是，這些書的價格非常高，幾乎都在100美元以上，具體費用可以在Amazon上查詢。像《Electromagnetic Anechoic Chambers》這本書，是這幾本書中最薄的，只有240頁，卻異常的昂貴，打完折后也要120美元。算上運費，這些書，一本就要七八百，甚至上千元人民幣。所以想買這些書恐怕并不容易，無論是途徑還是費用。 o -tc}Aa ?
2。加一個接地片（很多加在饋電附近）后，從微觀角度來看貼片上的電流將改變流向，部分電流從右側會流回來再回到地。這樣天線的諧振頻率就會降低，一般波長會在4倍于貼片長邊和短邊之和左右（同樣要考慮波長縮短效應）。從另一個角度來說，饋電柱與短路柱是一段雙線傳輸線。它將變換天線的阻抗。是一種變壓器效應，它將部分容抗變換成感抗，從而使整個天線形成諧振。這段線越長（極限是長到1/4波長）其變化效果越明顯（越敏感，實際中就是天線的高度增加）。傳輸變換原理大家應該清楚。當改變饋電柱和短路柱的橫向尺寸或者他們之間的距離時，實際上你是在改變該段傳輸線的特征阻抗。也就相應地改變變換公式中平方的那部分。這就是為什么我們常說饋電電和短路的改變將比較大的改變天線的阻抗。同時也是為什么說PIFA天線一般可以不要匹配電路可以優(yōu)化的（事實上，加匹配有時候會反而降低天線的傳輸性指標）。 IT u6m<V ?
3。這個問題的解釋是要配上圖可能會更清楚。的確有些問題是要有堅實的理論基礎以及現(xiàn)實經(jīng)驗才會有比較深的理解的。建議朋友們工作時一定要扎實。以我個人經(jīng)驗具體做法是：實際工作中的數(shù)據(jù)要仔細分析，當發(fā)現(xiàn)不一樣就要找為什么。這里的不一樣可能是這次的結果和上次的不一樣，也可以是結果與你想象的不一樣，還可以是你的結果和別人的結果不一樣。當你找到了為什么不一樣的原因后，你就會有較深的理解，同時你就進步了。有時候要想搞清楚‘不一樣’，需要很多其他的知識，你也要想辦法去學習（復習），相應地也就增加了你的知識面。 . !|3a ?
monopole中文意思為單極子，然而其實際工作原理并不如其名字一樣。 pU|SUM ?
先從短偶極子說起，其兩臂上的電荷一正一負并成正弦變化時，也就產(chǎn)生了交變電流（場），對外輻射。半波振子，上下臂各四分之一波長。上下臂的電流大小對稱流向相同（正負電荷成對），電流強度分布是從中間饋電點處向兩端點逐步由大到小。饋點處電流最大，電阻（因為正好諧振沒有電抗）最小。這樣的天線為平衡天線（天線上電流上下臂平衡）。 Ox` +Z0)a ?
現(xiàn)在去掉偶極天線的一臂，將另一臂換成無窮大地，大地對場的反射，根據(jù)鏡像原理，一正電荷將在其鏡像處感應出一負電荷，此時，天線的上臂將產(chǎn)生一鏡像，該鏡像上的電流分布完全等同于偶極天線的下臂，在這種情況下，我們稱這種天線為單極天線。對于無窮大地其輻射圖等同于偶極子。如果將地逐步縮小，將無法行程理想鏡像，下面地的電流分布將發(fā)生變化。 G3&l|@5 ?
現(xiàn)今的手機，體積越來越小，機體再不能看成是大地，機體越小，手機中的單極天線受手機影響越大，因為手機儼然成為了天線的另一臂了。這種天線是非平衡天線。天線（系統(tǒng)）上電流分布將明顯受手機體的影響。當手機的最大尺寸小于系統(tǒng)最小頻率的四分之一波長時，天線系統(tǒng)將無法在該頻點處產(chǎn)生諧振。如AMPS、PCS雙頻系統(tǒng)設計，AMPS頻段就要求機體長度至少達到824MHz的四分之一波長。手機越小，天線越容易受翻蓋的影響，等等。。。 +h$) l/>: ?
這個帖子沉下去那么久了，居然還有人給頂上來。本人也很?****揮性謖飧鎏匙由戲⒈砜捶恕Ｂド系奈侍夂芰常們胰銜鬩齙腃DMA、GSM、DCS、PCS或者GSM、DCS、PCS、WCDMA。這兩種組合共性是雙頻帶，挑戰(zhàn)主要是增加各帶的帶寬而已。其他的組合（如GSM、GPS、DCS、PCS）可能要出現(xiàn)3頻帶甚至更多頻帶，這里的挑戰(zhàn)將更大。因為要增加諧振點的個數(shù)，同時要控制各諧振點彼此之間的距離。對于第一種情況，簡單說上幾句如下。 .7*3V6h=F ?
理論是指導實際的。如果理論實際能彼此交融，你的功底將不同一般。雙頻帶的四頻天線，焦點在于帶寬。要想優(yōu)化到最佳帶寬，就必須從理論上知道有那些因素會影響它。前面說到PIFA的工作原理時，說到了邊緣場分布，那里我只是說一對邊（較長方向）的輻射。事實上，矩形微帶天線的另一對邊（較短方向）也會幫助輻射的，這個由場模式?jīng)Q定。模式取決于饋點的位置和波長。一般來說，短邊的邊長越長，帶寬也會增加。當長短邊近乎相等時（方形）饋點、短路點的位置選擇尤其重要。它會直接影響天線的指標如極化及方向圖。 ;{e;6Hq ?
兩對邊緣場可能輻射不同的極化分量，且它們之間的相位差也可能滿足一定的關系。（patch antenna做圓極化GPS天線正是利用此原理）。設計合理時，可以讓兩個模式諧振的頻率接近，形成雙峰結構，也就增加了帶寬。如果在高低頻段各自形成雙峰結構，你的4頻天線的帶寬可能就得到了優(yōu)化。注意，這種天線設計時要關注其在同一頻帶不同頻點的極化方式。 C>vp oCA ?
大家都知道了，PIFA的高度直接影響帶寬。現(xiàn)在又提到了一個天線的短邊長度。再重復幾個原理，介質(zhì)介電常數(shù)增加會降低帶寬，損耗降低會降低帶寬（但增加損耗來改善帶寬并不一定合算）。 tp,e:4\ 8Q ?
所以，你的天線高度要夠，寬度要夠（當然長度也要夠），說到底，體積要夠（只是各個尺寸對各個參數(shù)的影響程度不同而已）。天線的介質(zhì)要盡可能少以降低介電常數(shù)（對于某些應用我們會需要很大的介電常數(shù)以減小體積）。你可能要問多少尺寸才夠。答案是，不同的案例情況有所區(qū)別，無法一概而論。但我可以說的是，目前國內(nèi)絕大多數(shù)天線的設計都是尺寸不夠的，大都以”性能“換取”小“的。 NiwJ$Ah~X ?
建議大家如有可能，讀讀英文版的天線原理，其中微帶天線部分會給你很大幫助。 DJv;ed%x ?
您講，簡單的PATCH ANTENNA，長邊是1/4波長，那兩邊應該是90度的相位差， 0"~ `U.k~M ?
那么，邊緣的電場是如何抵消的吶 ？ R~ $W ?
這里是我講的時候跳躍性比較大。對于沒有短路點的微帶天線（或者patch antenna），長邊方向需要1/2波長才能產(chǎn)生TM100場模式，此時垂直分量可以抵消。但是我們說PIFA通常在饋電點旁邊會有一個短路點，該短路點的引入會改變場模式，長邊只要1/4波長左右，兩邊緣的場垂直分量（有部分）會抵消。也就是說，這就是為什么你的短路點和饋點的位置選擇會直接改變場模式（也就會改變阻抗）的原因。換句話說，短路點的引入實際上能減小天線的尺寸。經(jīng)驗公式基本是 <MlRy%3Z ?
天線的低頻的諧振點波長為4×（長邊＋短邊），這里忽略了波長縮短效應。 z@nJ-*'U8 ?
好吧，我說幾本英文的好書吧。順序靠前的是推薦度高的也是我好好看過的。 do2~LmeW ?
1） Plannar Antennas for Wireless Communications， Kin-Lu Wong 2[W1EQI ?
2) Microstrip and Printed Antenna Design, Randy Bancroft +6=2B0$ r ?
3) Electromagnetic Anechoic Chambers, Leland H. Hemming a$7}_kb ?
4) Antenna Theory and Design, Revised Edition, Robert S. Elliott y;+5cn C ?
5) Microstrip Antenna Design Handbook, Ramesh Garg, Prakash Bhartia, Inder Bahl, Apisak Ittipiboon Nj2f?',;U ?
以上1）是著重講常見的無線通訊天線如手機天線（外置的，內(nèi)置的等）、基站天線等。偏重實際，理論偏少。2）是講微帶天線以及電小天線的。作者是一個從事天線設計20年以上的工程師，該作者理論及實際水平很高。3）是講微波暗室的設計原理，要考慮的因素等，是一本非常實用的書。我看完以后感覺收獲很大。4）是講各種天線的基本理論的。5）是講微帶天線的，理論性很強，看起來不是很容易。 (GVH#}uB ?
另外我順便在這里共享一個信息吧。有想到上海作手機天線研發(fā)的和我聯(lián)系，可以和我作同事。可以發(fā)郵件到[url=mailto:joezh1999@sohu.com]joezh1999@sohu.com[/url] _R!KHi ?
公司為美資公司，是一家全球公司，在上海的規(guī)模有1000人左右。簡略要求為， s6(iiB%d ?
1）本科以上相關*****， -uDB#?q:W ?
2）工作扎實，有技術敏感性 xS) njuq4 ?
3）有1年以上天線設計經(jīng)驗 ,O@x v ?
4）有英語溝通能力（CET4） EK^B=)q6:W ?
不是廣告，僅僅是信息共享。有誠意者我可以推薦。其他勿擾 3@ a ?
有幾個地方不能認同和大家討論討論： 6~KtT{MYQ ?
1，關于PIFA的輻射場問題，特別是對于手機的Low band，覺得所謂的邊緣場輻射的解釋占不住腳，因為不管PIFA天線還是IFA、monopole，不論Feed pin的方向怎么放置，方向圖始終是全向的，說明Low band的輻射中板子的作用貢獻更大； v$R+5_@[l ?
還有，微帶天線饋點偏離中心，利用各邊緣形成電場差輻射；PIFA的饋點在一端，這里的電場非常弱，我不能肯定還用微帶天線解釋是否合理。 _~aFzM ?
2，關于short pin縮短天線諧振長度的問題，如果我們用monopole天線，調(diào)整到了合適的諧振長度，這時候加上一個short pin，也就是說變成一個IFA天線，它的諧振頻點并沒有變，只是return loss變深了而已，也就是說改變的只是它的輸入阻抗；PIFA也一樣，去掉或者加上short pin諧振長度并沒有明顯的變化，只是輸入阻抗變大了從而使return loss變深了。 93="sS ?
我認為short pin的作用只是引入了一個磁耦合，稀釋了Feed pin中的電流，從而提高了天線的輸入阻抗，因為小天線的輸入阻抗總是小于50ohm的，輸入阻抗的提高總是能改善天線的return loss的。 _pSCv:3T ?
這只是我自己的看法，歡迎討論 X|'EyZ ?
上面fourthman提出的兩個問題，我說一下我自己的看法。我不是做小天線的，可能看法不一定對。首先，我覺得Joe的說法有一定道理的，可以用邊緣場的輻射來解釋PIFA，但是和普通的微帶天線還有很大不同。其實根據(jù)惠更斯原理，所有的天線都可以通過在規(guī)則的圖形上電流和磁流的積分來求遠場。至于你說的在低端方向圖是全向，因為頻率比較低，地不夠大，繞射性強。還有就是短路釘?shù)膯栴}，我覺得肯定可以降低頻率，我最近就在做類似的東西，如果你掃頻寬一些，你就會發(fā)現(xiàn)。短路釘應該會引入感抗，引入交叉極化。愚見，歡迎拍磚！ @add'>) ?
這么多人捧場。這么久了，還有人在讀，在想。也很欣賞fourthman的帖子，因為你有自己的思考。對于你提到的2點我作點補充 `I(#.* ?
1）關于你說的 “因為不管PIFA天線還是IFA、monopole，不論Feed pin的方向怎么放置，方向圖始終是全向的“。不知你有沒有認真看方向圖。以PIFA天線在常規(guī)直板機為例，其在GSM低頻段（900MHz）的方向圖H面全向嗎？H面上增益最大與最小能差多少dB？請不要把你的坐標定得太大。然后你不妨多觀察幾種PIFA的方向圖（H面），你能看出什么規(guī)律嗎？請大家也注意研究一下。研究時，請著重比較有饋點短路點一側與另一側的增益區(qū)別。 2%YtMkC5 ?
2）短路點的加入能否降低頻率問題，應?****揮姓欏Ｄ悴環(huán)磷饕桓黽虻サ膒atch antenna，加和不加短路點很快就看出此作用。 {EKzPr/ ?
至于原理解釋的問題，大家都可以從不同的角度來解釋。解釋不是唯一的。取決于你從什么角度去理解，取決于你是如何建立物理模型。微觀角度的從電流分布入手，搞‘路’的可以從等效電路模型入手。各種解釋方法并不改變其物理本質(zhì)和物理規(guī)律。 $sDvE~f0n ?
再補充一點，我們常用的小天線不是單頻率的，而是一個或者多個頻帶工作。小天線的輻射電阻是很小的，并不是輸入阻抗很小。天線的VSWR好不好取決于天線的輸入阻抗與系統(tǒng)的匹配程度。電抗的作用不可小覷。在你提‘阻抗’如何如何的時候，心中一定要想清楚我到底是在考慮電阻還是電抗。在Smith圖上等電阻圓不是以圓圖的圓心為圓心。電阻不變，改變電抗，VSWR（匹配程度）是會相應改變的。 如果講? “輸入阻抗的提高總是能改善天線的return loss的”，需要考慮清楚。電抗增加了阻抗的模值增加，Return Loss不一定會改善。 p`// *gl ?
還有，天線的輸入電阻包括輻射電阻和損耗電阻兩部分。通常兩部分并不能嚴格確定。也就是說輻射效率（注意不是指天線的總效率，不包括反射）在整個頻帶內(nèi)并不是常數(shù)。電阻增加了，并不一定輻射電阻增加（或者不增加那么多）。再往深處想，在smith圖中以圓圖的圓心為圓心的同心圓（等反射系數(shù)圓）上各處反射相同，即return loss相同，天線效率并不一定相同。究竟在何處最好，這就是學問。有興趣者不妨自己研究研究。 T:ye2yg ?
fourthman朋友一定是理論不錯的，也有相當實踐經(jīng)驗的。謝謝你的問題。 8}m bfu o1 ?
這個經(jīng)典的帖子，我也回一下吧。 Nf0'>`/ ?
1.關于joezh1999。 \%nFCK0 ?
這是一位技術扎實，經(jīng)驗豐富，非常熱心的行業(yè)前輩。說實話，他的那段經(jīng)典回復現(xiàn)在不光是52rd，很多別的論壇談到手機天線的帖子都能看到這段文字，被轉載了N次。稍微介紹下joezh1999，他姓周，joe是他的英文名，1999是他參加工作的時間。如他之前的回復所說，他之前供職于一家美資的公司，不過現(xiàn)在是在國內(nèi)一家頂級的天線公司，并且在這家公司的上海研發(fā)中心當老大。所以TIM207 不必感慨：“為何牛人都在外企啊。。。要是joezh1999在國產(chǎn)手機公司，那該多好啊。。。”至于ccbxd說的：“看來JOEZHOU1999，突然發(fā)現(xiàn)應該是深圳科技園某某公司的大俠......”這個你恐怕弄錯了，joezh1999所在的公司總部倒是在深圳，不過不是在科技園，而是在關外。這家公司軟硬件都很過硬，在行業(yè)里是非常有名的。所以無怪乎joezh1999這樣的牛人會在這家公司。 o9)pOwk7; ?
joezh1999，只是簡單介紹下你，我也是無意中得知你的，希望我的這番介紹沒有冒犯到你。 CmaV> ?
2.關于joezh1999介紹的幾本資料。 > }#h ?
1)Plannar Antennas for Wireless Communications， Kin-Lu Wong PI>PEge!& ?
2) Microstrip and Printed Antenna Design, Randy Bancroft %G6ml, ?
3) Electromagnetic Anechoic Chambers, Leland H. Hemming *I; ,|Jjk ?
4) Antenna Theory and Design, Revised Edition, Robert S. Elliott SFrQPdX6V ?
5) Microstrip Antenna Design Handbook, Ramesh Garg, Prakash Bhartia, Inder Bahl, Apisak Ittipiboon iB[>uW ?
1) 《Plannar Antennas for Wireless Communications》 `ReTfz;o ?
這本書論述和總結了PIFA天線、monopole天線、基站天線、無線局域網(wǎng)天線等諸多應用于現(xiàn)代通訊設備的新型天線種類。本書在手機天線，無線網(wǎng)卡等小型無線通訊設備天線行業(yè)里幾乎人所共知，被許多工程師奉為經(jīng)典級著作。作者翁金輅(Kin-Lu Wong)教授，是IEEE會士，臺灣國立中山大學學術副校長，學術研究處學研長，工學院電機工程系電波組教授，國立中山大學天線實驗室負責人。他在平面天線應用于無線通訊的研究領域是處于國際領先地位，對于手機天線設計有著極深的造詣。所以把這本書作為第一推薦是一點也不為過的。 H`/Q hE ?
2) 《Microstrip and Printed Antenna Design》 7n*,L5%?]4 ?
作者Randy Bancroft，是美國愛荷華州大學的電機工程學士，科羅拉多大學電機工程碩士。曾分別在洛克希德，馬丁?瑪麗埃塔，湯姆森家電，鮑爾航空航天等公司工作過，甚至joezh1999之前談到的自己任職的那家美國公司，Randy Bancroft也在其中工作過，呵呵。所以joezh1999的對于Randy Bancroft的這番評價：“作者是一個從事天線設計20 年以上的工程師，該作者理論及實際水平很高。”也是很恰如其分的。 -.A%c(|Q ?
3) 《Electromagnetic Anechoic Chambers》 Fw!wSzsk3 ?
這本書系統(tǒng)講述了電磁消聲暗室的設計，制造，材料選擇，測試程序等內(nèi)容。都是很直接實用的內(nèi)容。 `oP<mLxle ?
4)《Antenna Theory and Design, Revised Edition》 ;seD{y7! ?
5)《Microstrip Antenna Design Handbook》 L(a&,cdh ?
這兩本書都很厚，一個600多頁，一個800多頁，都是理論性很深的書，讀下來應該需要很好的耐心。 -x~h.s, ?
以上這些書都是外文專業(yè)類書籍，國內(nèi)是買不到的，是由美國Wiley公司出版發(fā)行的，可以在Amazon網(wǎng)上書店購買，國內(nèi)的卓越亞馬遜雖然隸屬Amazon旗下，但是限于國家對圖書、印象等商品的規(guī)定，現(xiàn)在還無法出售亞馬遜網(wǎng)站的商品。所以如果想購買的話，只能直接向Amazon訂購，而且需要用Visa，Mastercard等具有國際支付功能的*****付款。亞馬遜的網(wǎng)址是 http://www.amazon.com/ ;K<e]RI;? ?
必須指出的是，這些書的價格非常高，幾乎都在100美元以上，具體費用可以在Amazon上查詢。像《Electromagnetic Anechoic Chambers》這本書，是這幾本書中最薄的，只有240頁，卻異常的昂貴，打完折后也要120美元。算上運費，這些書，一本就要七八百，甚至上千元人民幣。所以想買這些書恐怕并不容易，無論是途徑還是費用。 o -tc}Aa ?
總結
以上是生活随笔為你收集整理的资深人士关于PIFA天线的理解与讨论的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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