4篇天线文章理论要点
近期读了4篇关于天线的文章，理论要点总结如下。帮助不了解天线的朋友扩大知识面了，说不定有一天谁会开发一款用于天线设计的软件呢！高手请多指教！不知道大家会不会喜欢。
第1篇 便携无线产品中的小天线设计
小天线在电气上的一般定义是：基本元件的尺度短于波长的1/10。
在设计时，可以选择基于PCB的天线或者分立天线。
PCB天线的BOM成本可以忽略不计，只需要占用PCB空间。分立天线会涉及到BOM成本，且通常要由供应商根据特定的频段、带宽及其它性能参数进行专门设计。分立天线比PCB天线占用更少的PCB空间。
PCB小天线的三种设计方法：明线(也称为开口)结构、环线设计、实心块设计。
PCB天线的设计成本可忽略不计，考虑到前端设计和实际实施等方面，它不是设计的优先选项。
虽然分立天线切实增加了成本，但它们也常常在改善或保证产品性能的同时减小了尺寸。
作为绝缘体的电介质在天线设计和实现中扮演着重要角色。场能量以相当高的密度积聚并存储在电介质内，外部物体或场具有相对小的影响且并不影响天线的固有共振。
高相对介电常数是基于电介质的天线的关键因素之一，材料还需要低电介损失(高Q材料)和低温系数以最小化物理尺度变异，该变异可导致失(调)谐。
英国Sarantel公司的Geohelix天线采用独有的陶瓷材料和形状。英国公司Antenova提供一种适用于全向、有向甚至多带应用、具有10GHz以上频率响应特性优点的体积式非交感天线。
将一些高效器件整合起来可打造一款具有极佳操控性的智能天线，智能天线被越来越多地用在基站中以扩充系统能力，同时改进每个呼叫的性能。
第2篇 移动电话的微型天线设计
根据预测，到2008年，一般手机将可内建3、4个天线，借以符合包含手机通信、Wi-Fi、蓝牙、GPS甚至数码电视信号的接收与发射，而未来不同规范的无线标准将会越来越多，少数低功率无线传输标准也有可能进驻手机。
一. 移动电话天线的设计要考虑的问题：
1 在设计天线时，主要考虑参数有：等效全向辐射功率（EIRP）、阻抗带宽、辐射效率以及增益等。
2 极小化。天线机构进一步缩小的几个解决方案：微带天线，平面印刷，芯片天线。
3 智能化。智能型天线的概念源于适应性天线阵列以提升空间资源的运用来达到提升信号干扰比的目的，并且同时也具备了消除干扰、自动波束调整等机制。
4 全频化。注重多频段的兼容性。
二. 设计的技术问题：
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PCB设计有关的问题有：射频的布线，在转弯处的圆弧处理；从射频模块中拉出的天线连接带线不能布在PCB的正中央；在金属屏壁交叉处必须做开槽回避设计；射频模块附近尽量避免安置零散的非屏壁零件；金属屏壁尽量避免多开无谓的散热孔；包含金属结构的元件的金属部分的接地问题；绝缘问题；
进行天线性能的测试时，天线的反射指标在设计过程中一般只是作为参考,传输性参数更为重要。
2 内嵌天线架构的分类：PIFA天线，单极天线。
3 隐藏式天线增加了天线设计难度。有些天线设计是与电路板结合成为印刷电路的一部分，主流设计仍以分离式架构为多。分离式架构的天线具有相当优秀的性能表现，但是其信号强度容易受到周围物体负载的影响,如相机模块；
4 当手握着手机并放在耳边讲话时，电波信号会转换成能量进入人体，这会造成天线失谐和信号效率降低。将人体吸收的电磁波值称为SAR值。为了解决这个问题，有制造商研发出隔离型偶磁极架构的天线。
5 手机构型与天线性能的关连。若是采用PIFA天线设计，大部分情况下整个接地面都变成了天线，而手机的整体结构的设计就会直接影响到天线的性能。如果手机的内部元件有较大的改动，包括PCB长度、电池及塑料外壳等，那么天线的这一半就会失去均衡，必须重新设计来进行矫正。
第3篇 蓝牙天线技术
一. 重要的天线参数
a. 天线输入阻抗
以收发机与天线间的接口往天线端看入所得到的阻抗值。天线的输入阻抗必须与收发机电路的输出阻抗匹配，通常是将天线的输入阻抗设计在一般电路中所常使用的50奥姆。
用来表示阻抗匹配状况的反射损耗（RL），单位为dB。当天线输入端的RL达到-10dB时，表示由发射机所送入天线的能量将有10%会因为天线与发射机之间的阻抗不匹配而造成能量损失。
b. 操作频率与频宽
天线的操作频率需涵盖整个系统所可能使用到的频带，整个工作频带范围内的最高操作频率fU与最低操作频率fL间的差值即为天线的操作频宽。蓝牙天线的最小操作频宽需为83.5 MHz。
操作频率范围一般使用电压驻波比(VSWR)2:1的标准来确定，这样一来操作频率范围由一连串VSWR 小于2.0的频率点所组成。
c. 辐射场型
描述由天线所辐射出的能量与空间中任意位置的相互关系。以常见的偶极天线为例，水平面的辐射场型图即为由z轴上往偶极天线看下去所得到的电磁波强度在x-y平面上的分布图；而垂直面的辐射场型图则为由天线的侧面往偶极天线看进去所得到的电磁波强度在x-z或y-z平面上的分布图。从偶极天线的水平面场型来看，电磁波强度在任意方向上都相等，具有全向性，但在垂直面场型中，电磁波强度则是在仰角等于90度的方向上有最大值，具有方向性。故由天线的辐射场型可以决定天线的摆放位置，以及得知天线的最佳发射与接收方向等特性。
二. 蓝牙天线在不同操作模式下的设计考虑
蓝牙的传输模式是以一个微微网(Piconet)为基础，一个微微网内可以同时存在七个蓝牙的从动装置(Slave)与一个主动装置(Master)。在微微网的基础下可以容许单点对单点、单点对多点以及微微网互相链接的传输模式。不论是微微网内的主动或是从动装置，因为都需要与网内随时改变位置的从动或主动装置联系，故这些装置所使用的天线辐射场型必须是近似全向性的。在室内环境使用固定式的接取装置(Access Point, AP)来与其它蓝牙装置进行传输时，由于AP已经被固定在室内的某些适当位置，所以使用在AP装置上的天线不一定需要全向性。
三. 蓝牙天线的种类
蓝牙天线种类包括有：偶极天线(Dipole Antenna)、PIFA天线以及微小型陶瓷天线(Ceramic Antenna)等。
四. 蓝牙天线在产品应用上的考虑
手持式蓝牙装置的天线应该是全向性的；
蓝牙使用的ISM频段其操作波长短，传输介质或传输路径中的障碍物或导体所造成的能量损耗相对提高，故虽然蓝牙产品为短距离传输，但蓝牙天线的增益也不能够太小；
在AP装置上的蓝牙天线由于需要涵盖较大的区域，所以其增益应比手持式产品高，在辐射场型方面也必须考虑到AP的装设位置与欲涵盖的范围来设计合适的指向性天线。
蓝牙天线对于周边接地金属面(Ground Plane)十分敏感，像电路板上的接地面或是电路板上防止静电用的屏蔽金属片都会严重影响到天线的辐射特性。
第4篇 远距离RFID天线设计
RFID(Radio Frequency Identification)，中文称为无线射频身份识别，是一种非接触式IC卡技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID技术具有很多突出的优点：防水、防磁、耐高温、无机械磨损、寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等。
一个完整的RFID系统由阅读器(Reader)、标签(Tag)和应用程序三部分组成。其工作原理为：由Reader发射一个特定频率的无线电波，将能量传送给Tag，激活Tag内部电路，然后Tag将其IDCode发送出去，此信号被Reader接收后解码，再发送给应用程序做进一步处理应用。
一般来说，标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内。阅读距离一般情况下小于1m。
本文采用TI的专用读卡器，配合自行设计的天线，将13.56MHz的读卡器有效读卡距离拓展到60cm。
在天线的设计时，主要考虑两方面，一是尺寸，二是搭建天线与阅读器的匹配电路。
一. 天线尺寸
天线线圈是一个谐振电路，在特定频率上，当感应阻抗(XL)等于电容阻抗(XC)时，天线会产生谐振。
增加线圈尺寸会带来电感值的增大，就需要一个比较小的电容。当电感值超过5μH，电容的匹配就会有问题，所以我们使用低阻抗的铜管来制作天线，尺寸为50cm×50cm，铜管直径15mm，其电感值为L=2.2μH。
天线的作用有两个，一个是建立稳定的激励磁场，另一个是接受来自标签的调制信号。标签要在距天线一定距离的地方获得稳定的工作电源，就必须和天线有较大的互感系数，同时天线的磁通也要尽可能的大。天线要在与标签保持一定距离的地方获得较强的调制信号，就必须有合适的品质因数。
天线的性能与它的品质因数Q有关。一般来说，Q值越高，天线的输出能量越高，不过Q值太高，容易干扰读取器的带通特性，而且无法遵从协议标准。一般来说，Q值取20比较适当。
卷标天线
为了增强读取器与卷标之间的互感，可以增大卷标上的天线。由于卡片尺寸的限制，本系统卷标天线的尺寸为3cm×3cm，使用细铜丝绕制。
二. 匹配电路
为了增加天线所产生的磁场强度，需要增大天线线圈中的电流。本系统采用变压器匹配的方法增大电流。通过控制变压器匝数比，可以相应的增加天线线圈中的电流。实际电路中的匝数比可以通过公式来计算。为了使天线在13.56MHz频段上达到谐振，应当选取适当的电容。
三. 结束语
本系统经过实际使用表明，天线有效距离增大，单个天线的有效读卡距离达到60cm，当两个天线并联使用时，最大有效距离可以达到120cm。
