天線的發展背景及情況

時間 2021-10-20 16:37:57

1樓:趣評測

#趣體驗#手機天線去哪了?第一臺“無天線”手機是哪個品牌推出的?iphone4的金屬中框天線到底有多特別?6分鐘帶你瞭解手機天線的發展史。

2樓:生病了的海豚

為適應現代通訊裝置的需求,天線的研發主要朝幾個方面進行,即減小尺寸、寬頻和多波段工作、智慧方向圖控制。隨著電子裝置整合度的提高,通訊裝置的體積也越來越小,這時天線對於整個裝置就顯的過大,這就需要天線減小自身尺寸。然而,在不明顯影響天線的增益和效率的同時減小天線的尺寸卻是一項艱鉅的工作。

電子裝置整合度提高,經常需要一個天線在較寬的頻率範圍內來支援兩個或更多的無線服務,寬頻和多波段天線能滿足這樣的需要。

一、小尺寸與嵌入式天線

手提**越來越小,收發機已經整合到一個晶片中,小尺寸天線已經必不可少。在天線的尺寸、頻寬和效率之間有一個基本的聯絡,天線尺寸變小,工作頻段和效率就會降低;其次,增益是和天線的尺寸緊密相關的,也就是小尺寸的天線相對於大尺寸的來說提供的增益也小。所以,天線設計師就必須權衡天線的尺寸和效能,使兩者的關係達到最優。

許多型別的高頻小尺寸、緊湊型天線都適用於小型終端裝置。

除了移動終端裝置需要小尺寸天線外,固定無線系統也同樣需要這樣的天線。許多地區為了社群美觀對天線塔和天線都有嚴格的限制,小尺寸天線正好可以適應這樣的要求。另外,小尺寸天線的風力載荷也較小,這意味著天線的支撐結構也可以做的較小,這樣不但安裝費用得到降低,也增強了天線在惡劣環境中的耐用性。

短載入螺旋天線(slh)是適用於固定裝置的高效能小尺寸天線,它是從軸式螺旋天線演化而來的,極化方式為圓極化且增益較高。slh使用了獨特的幾何結構,能夠提供比軸式螺旋天線大的多的增益,而尺寸卻縮到其四分之一。這種小尺寸和高效能的結合使得slh天線對不影響環境美觀的點對點連線和點對多覆蓋應用有很強的吸引力。

slh天線已經在2.4ghz的wlan系統中得到了應用,工作在2.4ghz的8英寸長的slh天線增益一般可以達到10db。

二、寬頻和多頻帶天線

多頻帶天線通常要在兩個或兩個以上特定的窄頻帶上提供較好的阻抗匹配和效能。隨著各種服務和頻率的要求日益增多,多頻帶天線是一種比較經濟的解決方法。寬頻天線在一個頻率範圍之內的效能都保持不變。

目前有一種全新的可調天線可以在很寬的頻帶上進行調諧,這個頻帶要比天線的瞬時頻寬寬的多。

motorola公司推出了一種典型的多頻帶天線產品,這是一種螺旋天線,它利用天線各段的螺距的不同從而實現在不同的頻段諧振,主要工作在150.8~174mhz和765~870mhz這兩個頻段。這種天線的方向圖與偶極子天線的方向圖是等效的,天線在160mhz附近和800mhz附近的回波損耗較小,而增益相對要大的多。

最近有一些更小的寬頻天線問世,比如正方形天線和四角天線。正方形天線在1.8:

1的頻寬上的駐波比為2:1,四角天線的頻寬可以達到3:1。

這兩種天線都能提供雙正交線性極化,天線上的正方形貼片的長度是最低工作波長的0.3或0.4倍。

背部有接地平面的正方形天線在工作頻寬上的增益是7~9db,同時可以利用更多的單元得到更高的增益和更窄的波束。

三、陣列天線和智慧天線

未來的無線通訊系統將更廣泛地使用陣列天線,智慧天線也是陣列天線的一種,它是智慧無線電和天線的結合。幾十年來陣列天線在軍事中得到來廣泛的應用並逐漸用於民用。陣列天線就是用多個天線單元來提高包括高增益在內的天線效能。

由於**和軍用飛機上面的空間有限,這就需要陣列天線來在較寬頻帶內支援通訊、雷達、情報交換和導航。對於民用的交通工具也需要這樣的天線來支援通訊、導航和娛樂服務,但是設計這些寬頻帶多功能的陣列天線卻並不簡單。寬頻帶的天線單元是陣列天線的構成基礎,並且這些單元要合理佈局以使天線的主波束能在頻寬範圍內的每個頻率上都能進行寬角度掃描。

如果單元間距過大,在調製天線主波束的時候就會出現較大的副瓣,同時這個間距也要保證天線單元在最低的工作頻率上正常工作。臨近單元之間的電磁干擾會破壞單元的方向圖,從而影響整個陣列天線的方向圖,在設計陣列天線的時候必須考慮互耦和頻率之間相關影響。

當一個陣列天線結構不能滿足實際應用時,就可以使用可調的陣列天線。較早應用的是wullenweber陣列天線,它可以使用呈向外輻射狀分佈的全向或是有方向性的天線單元,這些單元數一般為30~100個,且均勻分佈,利用其中相鄰的大約1/3可以形成從天線陣向外輻射的波束。一種稱為天線方向性調製器的開關網路用來把對應的天線單元和通訊裝置連線起來,它也可能包括用來控制天線方向圖的附加幅度。

較新的方法是利用pin二極體或微電機系統開關在特定的頻段或工作模式下調整天線結構或天線單元。

陣列天線可以與空間或空-時自適應處理的訊號處理技術結合起來,從而能夠動態控制天線的方向圖來優化接收訊號。對於空-時處理,可以結合通道均等來控制方向圖以抑制寬頻訊號在多路通道傳輸時出現的訊號間的干擾。另一個比較先進的利用陣列天線的技術是空-時編碼。

在發射和接收裝置使用陣列天線,空-時編碼的通訊系統能有效的利用多通道來支援以超過單一通道夏農限制所預計的傳輸速率進行資料傳輸的通訊。

天線單元不但可以結合起來以形成單一波束,並能分別在由於多路干擾而衰減的通道中提供不同的增益。陣列天線可以用在移動基站,在進行發射和接收的時候提供不同的增益,這是為了增強蜂窩單元的覆蓋和可靠性。為了減小不同天線間訊號衰減包烙的互相影響,基站上使用的天線單元間距通常較大(10~20個波長)這對於提高增益相異性也是很有必要的。

最近的研究表明在一個手持無線電裝置上將幾個天線靠的很近可以實現不等增益。由於工作在複雜環境中的手持終端裝置的多路元件的寬角度分佈,這樣做是可行的。

智慧基站天線試驗檯可以對空間、極化和角度的相異性進行直接測量。除了多通道的基站接收器和資料分析儀,試驗檯還配有可以手持或裝在車上的發射機,能在距離基站天線665~2670m的市區或郊區測量不等增益,使用空間分佈、極化和角度可調的天線結構可以得到1%概率水平的4.6~10.

9db的不等增益。

四、結論

新型高效能天線的出現是為了滿足無線裝置對小型化、嵌入式以及支援多種服務的寬頻和多頻帶天線的日益迫切的需求。另外,陣列天線可以調整無線通訊所需的波束和零訊號。與訊號處理結合起來的陣列天線可以實現多樣性組合、自適應波束成形或空-時處理,從而抑制多路傳播和干擾的影響。

多天線還可以通過空-時編碼來增加通道容量。可調天線、饋電網路和整個天線陣可以在傳統天線或天線陣不能適用的情況下使用。通過使用pin二極體或微電機系統,這些結構的天線可以實現動態自適應並提供較強的自適應性。

自麥克尼和波波夫的第一次無線電試驗以來的一個世紀,支援無線通訊的天線研發領域一直都相當活躍,為滿足新的效能指標而進行的工作也將不斷繼續。

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