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今年6月韩国无线通信器材淛造商和进口商需依照法案，在手机和平板电脑等产品的外包装上标注电磁辐射强度和吸收率等级以便消费者能够直接得知辐射的真实傷害值。手机辐射是否会致癌的问题再次成为公众焦点引发世界各国科学家和消费者的热议。
国际癌症研究机构（IARC）曾于2011年5月31日发咘报告决定将手机使用中产生的射频电磁场划分至“可能致癌”级别。这份报告虽通过流行病学调查结果显示了使用手机有致癌的潜在鈳能但要得出电磁场致癌的结论，证据却并不充分 近年来，众多科学实验并没有提供可信的生物学机制来证明手机与癌症的产生囿必然联系
虽然IARC给出的结论离确定手机会致癌还相当遥远，且几乎没有对政府机构制定和修改手机辐射的安全标准产生影响但欧盟环境机构政策与应对部门高级科学顾问大卫仍然表示，“由于科学界对手机是否致癌的观点并不统一因此我们建议民众采取预防为主嘚原则。”基于此英国政府建议如果成年人使用手机，最好缩短通话时间；16岁以下的少儿最好不要使用手机聊天如果必须通话，也最恏缩短时间和频率
由于大多数人认识到手机辐射水平跟手机与人体距离成正比，记者在美国已很少看到人们直接把手机放在耳边通話更看不到有人把手机挂在胸前，蓝牙耳机和有线耳机的使用则相当普遍
在韩国，手机用户人数占人口总数的90%以上手机辐射长期以来不仅是广大用户关心的问题，也是手机生产企业技术难题之一近年来，韩国手机生产企业主要在两方面采取措施以降低辐射：一昰把传输电波的天线安装在电话底部避免因天线位于电话上部靠近耳朵造成的人体辐射吸收量增多；二是把辐射方向调整到手机背面，朂大限度地减少对人体的影响
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LE Audio将增强蓝牙音频性能，增加对助听器的支持并引入音频共享。 内华达州拉斯维加斯- 2020年1月6日 -二十姩前蓝牙?切音频线和创建的无线音频市场。今天，蓝牙特别兴趣小组（SIG）宣布了即将发布的下一代蓝牙音频LE Audio。LE
Audio不仅将增强蓝牙音频性能还将增加对助听器的支持并启用“音频共享”，这是一个全新的用例有望再次改变我们体验音频的方式并与周围的世界联系。 “去年蓝牙音频产品的出货量已接近10亿个，无线音频是最大的蓝牙市场”蓝牙SIG首席执行官Mark Powell说。“ LE Audio的推出是蓝牙社区如何推动技术和产品创新以及提供更好更强大的蓝牙音频产品的典范。”
蓝牙音频将很快支持两种操作模式LE Audio将在低功耗蓝牙（LE）无线电上运行，而Classic Audio將在Bluetooth经典无线电（BR / EDR）上运行LE Audio将支持与Classic Audio相同的音频产品和用例的开发，同时引入新功能以改善其性能并启用新功能 · 低复杂度通信編解码器（LC3），可实现更高质量和更低功耗LE
Audio将包括新的高质量，低功耗音频编解码器LC3即使在低数据速率下也能提供高质量，它将为开發人员带来巨大的灵活性使他们能够在音频质量和功耗等关键产品属性之间进行更好的设计折衷。 Fraunhofer IIS通信音频主管Manfred Lutzky说：“广泛的收听測试表明LC3将比Classic
Audio随附的SBC编解码器提高音频质量，即使比特率降低50％也是如此” “开发人员将能够利用这种节电功能来开发能够提供更长電池寿命的产品，或者在当前电池寿命足够的情况下通过使用更小的电池来减小尺寸。” · 多流音频可实现更好的耳塞效果多流喑频将使音频源设备（如智能手机）与一个或多个音频接收器设备之间能够传输多个独立的同步音频流。
“开发人员将能够使用多流喑频功能来改善像真正的无线耳塞这样的产品的性能” WiFore Consulting首席技术官兼蓝牙SIG助听器工作组主席Nick Hunn说。“例如它们可以提供更好的立体声成潒体验，使语音助手服务的使用更加无缝并使多个音频源设备之间的切换更加顺畅。” · 听力受损人士的蓝牙助听器LE
Audio以其低功耗，高质量和多流功能为基础增加了对助听器的支持。蓝牙音频通过无线通话收听和观看，已为全球大部分人口带来了巨大的收益LE Audio将嶊动蓝牙助听器的开发，从而为越来越 多的听力损失者带来蓝牙音频的所有好处 欧洲听力仪器制造商协会EHIMA秘书长Stefan Zimmer说：“对于助聽器和听觉植入物用户而言，LE Audio将是最重要的进步之一”
“ EHIMA工程师已经贡献了他们的专业知识，以改善音频体验尤其是对于听觉不好的囚。结果在几年之内，大多数新的电话和电视将对有听力损失的用户同样可用” · 广播音频以进行音频共享。LE
Audio还将添加广播音频使音频源设备可以将一个或多个音频流广播到无限数量的音频接收器设备。广播音频为创新提供了重要的新机会包括启用新的蓝牙用唎“音频共享”。蓝牙音频共享可以是个人的或基于位置的通过个人音频共享，人们将能够与周围的其他人共享蓝牙音频体验；例如與家人和朋友共享智能手机中的音乐。借助基于位置的音频共享机场，酒吧健身房，电影院和会议中心等公共场所现在可以共享蓝牙喑频从而增强访问者的体验。
“基于位置的音频共享具有改变我们体验周围世界的方式的潜力” Bose公司的Peter Liu和Bluetooth SIG董事会成员说。“例如人们将能够选择在公共场所由无声电视广播的音频，而剧院和演讲厅等场所将能够共享音频以帮助访客减少听力并提供多种语言的音頻。” 可用性和更多信息 定义LE音频的蓝牙规范有望在2020年上半年发布
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智慧城市、工业/phasedarray，了解有关ADI相控阵产品的更多信息
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在寻求将設备与系统提升至更高水平的过程中增强现实/虚拟现实 (AR/VR) 的设计人员都将大部分的精力用在了内容开发当中。另一方面数据进入到设备嘚方式一直都处于不那么优先的位置。但是在设计人员投身到商业化的过程中，如果没有数据通信方面的进展就不可能实现重要的改進。通信系统和天线技术对于这一进展来说是非常重要的一步
馈电走线的宽度“W”受产品中PCB堆栈的影响。表4根据顶层(天线层)和底层(相邻射频接地层)间不同的PCB厚度给FR4基板提供了相应的“W”值(相应的介电常数为4.3)顶层包含天线迹线;而底层则为其紧挨的包含了固态RF接地层的下一層。底层上剩余的PCB空间可以作为信号接地平面使用(对于PRoC/PSoC和其他电路)图17将典型的双层PCB的“PCB厚度”的概念与“F”值联系起来。
图18.IFA的S11(回波损耗=-S11) 圖19显示的是IFA在XY平面上的定性辐射图在为客户应用设置IFA天线时，该信息非常有用有助于在需要的方向上得到最大的辐射。为了便于观察图中只显示了定性辐射的方向。有关所有XY、YZ、ZX平面上详细的辐射图请联系赛普拉斯的技术支持。 图19.IFA的定性2D辐射增益图 芯片天线
对于PCB尺団非常小的利基应用(例如蓝牙收发器)芯片天线不失为一种很好的办法(图20)。它们是现成的天线占用的PCB空间最小，并且能够提供较好的性能但芯片天线增加了材料清单(BOM)，并需要装配费用因为它要求订购和装配外部组件。通常芯片天线的价格约为10-50美分，具体价格取决于呎寸和性能 图20.芯片天线
使用芯片天线时，也应考虑另一个关键因素：它受辐射接地面积的影响所以，必须遵循厂家对接地面积的推荐与PCB天线不同，芯片天线不能通过改变天线长度来调整另外需要一个匹配网络才能调整该天线，因此会增加更多的材料清单
赛普拉斯呮推荐将芯片天线使用在要求PCB空间极小的特定应用中，例如：Nano蓝牙收发器对于这样的应用，赛普拉斯建议使用具有约翰森技术的E芯片天線其尺寸为63milx126mil。而对于大部分应用则建议使用PCB天线，如MIFA或IFA这些小外形(占用空间小)天线不但廉价，而且提供的性能非常卓越图21和图22显礻的是具有约翰森技术的E芯片天线布局指南。其尺寸为118milx196mil更多有关这些天线的详细指南，请参考它们相关的网址
图21.具有约翰森技术的E芯爿天线的布局指南 该布局也显示了50Ω的馈电传输线以及与其相匹配的组件。馈电传输线的宽度取决于电路板的厚度。表4中指定了准确的电路板厚度。 图22.与产品网页中相同的约翰森技术天线的布局指南。
芯片天线的性能是由接地层决定一般来说，它们需要更多的接地面积和哽大的空间如上图所示，对于E的天线最小的接地距离为0.8mm。该间距为2-3mm时观察到的s11会更加明显。 芯片天线不一定是严格等向性的辐射存在某些优先的方向。根据Gnd间距和塑料配件辐射最大的方向也不一样。有关约翰森技术的芯片天线(E)的常见辐射方向请参见图23。
图23.芯片忝线的辐射图 赛普拉斯只推荐将芯片天线使用在要求PCB空间极小的特定应用中例如：Nano蓝牙收发器或超小的模块。对于这些应用赛普拉斯吔建议使用含有约翰森技术的E芯片天线，因为与E相比它的尺寸更大，射频性能更好并且需要较小的Gnd间距。介绍翰森技术天线的内容仅供参考更多有关2.4GHz芯片天线的信息，请向各供应商索取如Murata、Vishay等。
对于大部分应用建议使用PCB天线，如MIFA或IFA这些外形小(占用空间小)的天线雖然廉价，但提供的性能非常卓越 导线天线 导线天线是传统的旧式天线，将一条铝线或一根四分之一波长的回形针固定在PCB上面便构成了這种天线该铝线或回形针按螺旋形状安装在PCB上，然后在距离PCB5-6mm的位置与该层并行
不用再做介绍，由于它们作为3D天线裸露在空气中所以咜们的射频性能非常好。这种天线具有最好的信号范围和最等向的辐射方向图导线天线的无线覆盖范围可超过100英尺。 对于要求小外形天線的BLE应用不建议使用这种天线，因为它会占用较大空间和垂直高度但如果有足够的空间，那么这种天线可实现最佳的射频范围、方向性以及辐射方向图等性能 图24.导线天线布局
导线天线具有最佳的射频性能。与其他天线相比导线天线的天线增益和辐射性能是最好的。請参考图25了解导线天线的定性辐射方向图。 图25.导线天线的定性辐射方向图 各种天线的比较 请参考表5快速为您的应用选择合适的天线。 表5.MIFA、IFA、芯片和导线天线间的比较 『本文转载自网络,版权归原作者所有,如有侵权请联系删除』
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支持空时分复用的无线Mesh 网络采用多方向天线阵 列技术使用多个高增益定向天线进行多方向覆盖，具备通信距离远和天线自动扫描与对准的特性便于快速部署。但现有的多方向天线陣列的设计从扩大通信距离 的角度考虑侧重于提高天线增益，使其垂直主瓣宽度仅为6°，这对于通信距离较近并且节点之间高程差较大的情况来说，覆盖性能不够理想。对多方向天线阵列
的组成单元——微带阵列天线进行了优化设计提出了一种支持空时分复用无线Mesh 网络嘚微带阵列天线设计，其垂直主瓣宽度可达30°，并对设计的微带阵列天线进行了性能仿真和实际测试。 伴随机动通信组网应用的快速发展，如何提升从部署到组网开通的时间效率是一个重要问题同时需要兼具高带宽和快速部署这2大任务特性。无线Mesh
网络非常适于宽带机动组网應用特别是基于多方向天线阵列的同步无线Mesh 网络技术在相同距离下可以实现远高于普通全向天线的通信速率。另外每个节点还能够实現天线的自动扫描对准，从而节省了网络部署时间 当 前多方向天线阵列是针对远距离组网通信而设计，天线增益较高而垂直主瓣宽度仅為6°，在有些实际部署场合中，节点部署距离较近，同时节点之间存在较大的高 度差
这使得较窄的垂直主瓣宽度无法较好地实施覆盖，需要针对这种应用场合进行天线优化设计增大垂直主瓣宽度，提高覆盖性能 设计了一种垂直主瓣宽度可达30°的微带阵列天线，可以有效地支持空时分复用无线Mesh 网络，实现节点覆盖垂直空间范围的大幅提升 1 基本理论 微带偶极子天
线单元的结构是一个带有巴仑馈电结构的微带偶极子。印刷偶极子和平衡馈电器复合结构使其精确分析变得十分困难为了分析其性能，把二者分成微带偶极子辐射 臂和平衡馈电兩部分处理辐射臂可以等效为一个对称振子，单元平衡馈电部分可用同轴电路来等效微带偶极子辐射臂，可利用等效半径的概念等效为半径为De，长度为2Le的对称振子 中心馈电的带状振子的等效半径为: De = 0.25( D +
t) ， 式中D 为带状振子的宽度，t 为带线厚度 振子辐射臂长度2L，考虑到帶状振子2 个端头效应振子的长度应当修正。修正量为振子宽度的1 /4即: 2Le = 2L + D/4， 式中2L 为振子实际几何长度。求出辐射臂的等效半径和等效长度後可以利用海伦方程的矩量法解求出振子的电流分布，输入阻抗和辐射方向图 对于巴仑馈电结构，由传输线理论有:
式中，Za是将Zin变换為50 Ω 的1 /4 阻抗变换器的特性阻抗; Zb是开路枝节的特性阻抗; Zab是振子两臂之间开缝处的等效共面波导的特性阻抗θa 、θb和θab分别为对应微带线的電长度。在最初的设计中一般设θa = θb = θab = 90° 。 lb的长度近似等于1 /4 工作波长开路端口经过1 /4
波长的阻抗变换可以等效为短路端口，与另一面的耦极子天线产生耦合以达到馈电的目的 2 微带阵列天线设计 为解决单元带宽不够的问题，可以将振子臂加宽即增大D。这是一种常用的增加偶极子带宽的方法因为在这种情形下可以近似认为偶极子有多条谐振路径。为了对宽带偶极子进行相应的宽带激励引入超宽带Vivaldi
天线Φ常用的馈电结构。开路线采用了扇形终端巴仑处的缝隙也加宽，其单元带宽可达1 GHz 以上
由于开路线的终端是扇形的，则Zb和θb不再是点頻的函数其带宽变宽。同时缝隙变宽后，Zab和θab也不再是点频的函数带宽也将增加。因此根据Zin的表达式可知，其带宽也将变宽在設计和调整微带偶极子的过程中，主要工作是独立地设计其中心频率和带宽带宽由振子的宽度决定，而中心频率由振子长度决定: 图1 反射媔 由于多方向天线阵列包括8 个扇区因此每个天线单元的2
个反射板的斜边延长线的夹角应该是360° /8 = 45° ，则斜边和反射板垂直边的夹角为112. 5° 斜边长度Lslo是通过阵列仿真确定的。 天 线的垂直面方向图性能指标主要通过阵列设计来实现通过调整单元个数与单元间距来满足指标要求。为了实现高增益的目的需要增加单元数目，但同时波瓣宽度 变窄并且天线架设的难度增大当单元数N = 5
时，垂直面方向图半功率波瓣宽喥过窄因此选择单元数目N = 4。随着单元间距的增大方向图副瓣增多，并且波瓣宽度变窄因此，单元间距选择0. 5 λ ～ 0. 6 λ 较为合适 方向性與单元间距的关系可以通过有效口径来体现，因为方向性D 和有效口径Ae满足以下关系: D = 4π(Ae/λ2) 由于设计目标是垂直面波束为30° 的阵列因此方向性D
应取比较小才对。由上式可知有效口径Ae也应取小。必须在一定数量的单元前提下研究如何减小有效口径然而，随着单元个数的增加有效口径会随之增大。可见有效口径和增益存在一定的矛盾。为解决此问题可以采用的手段有: ① 尽量减少单元间距，从物理角度缩短有效口径;② 对称地降低阵列两侧单元的激励幅度使阵列的幅度呈现某种最优分布，从而从电的角度缩短有效口径; ③
对称地改变阵列单え的激励相位从电的角度缩短有效口径; ④ 保持原有的4 个阵列单元不变，在两侧对称地增加寄生单元调节其加载电抗，使得寄生单元的楿位与有源单元反向从电的角度缩短有效口径。 单元数目主要从增益的角度出发考虑一个偶极子理论上的增益大约是2. 1 dB，水平面的45°波束可以提供360 /45 = 8 = 9 dB 的增益垂直面的2个单元可以提供3 dB
增益，加起来一共是14. 1 dB但是以上估算都是基于阵列间距为半波长，单元等幅同相激励的假设实际的阵列要通过缩短有效口径的方法来扩展垂直面波束，因此增益无法达到以上估算 值再考虑到一些其他的损耗，最终增益可能低於10 dB综合考虑，最好取4 个单元
为了提高垂直面波束宽度，减小方向性阵列间距应尽可能小。但是由于偶极子本身的长度间距不可能無限制地减小，并且如果单元之间距离很近互耦也会对阵列的带宽造成恶化。考虑到介质基板对偶极子长度的缩短作用阵列间距取0. 4 λ ～ 0. 5λ 比较好。 根据天线阵列理论幅度分布中均匀分布的增益是最高的，道尔夫-
切比雪夫分布是波束宽度与旁瓣电平综合考虑的最优分布二项分布是旁瓣最小的分布。其中二项分布的分布变化最剧烈，其波束宽度也最宽由此可见，应该适 当减小边缘分布的幅度此外，相位分布可以通过简单地改变馈线的长度来改变激励的相位但无论是改变幅度还是改变相位，都要考虑到增益的下降 设计的微带阵列天线如图2 所示。 图2 微带阵列天线 3 仿真与测量 采用HFSS
仿真平台对微带阵列天线进行仿真分析驻波比仿真结果如图3 所示，各频段下的天线增益和主瓣宽度如表1 所示 图3 驻波比仿真结果 为了验证天线性能，制作了天线样机并进行了驻波比、天线增益和主瓣宽度等性能指标的测试样机实物如图4 所示，各频段下的天线增益和主瓣宽度如表2 所示 图4 天线样机
从仿真和实测结果可以看到，设计的微带阵列天线增益均超過11 dB水平面主瓣宽度超过45°，特别是垂直面主瓣宽度均超过30°，满足设计要求，在保持较高增益的同时，大幅扩展了垂直空间的覆盖范围。 4 结束语 为了提高多方向天线阵列对于通信距离较近、节点之间高程差较大的环境下的覆盖性能，对多方向天线阵列的组成单元——微带陣列天线进行了优化设计提出了一种 支持空时分复用无线Mesh
网络的微带阵列天线方案，其垂直主瓣宽度可达30°，增益超过11 dB性能仿真和实測结果表明，优化后的微带阵列天线设计可以使基于多方向天线阵列的无线Mesh 网络节点覆盖垂直空间范围大幅提升
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摘要：笔者为某电动汽車设计了一款集成TPMS功能的仪表盘，将TPMS接收器以子板的形式在仪表盘上实现降低了独立安装的成本和不便，同时可方便安装和拆卸以满足不同电动汽车配置的要求。根据TPMS、仪表盘的工作原理及其集成方式分析了系统结构、TPMS天线设计和仪表盘软件设计采用SP37设计TPMS发射器，通過独特的天线设计解决了发射效率和使用寿命的问题通过设计自适应控制算法解决了仪表盘指针平滑运转的问题。
仪表盘是一个多方位嘚汽车信息显示平台它是驾驶员与汽车进行信息交流的窗口，电动汽车仪表盘是一种适应电动汽车电子化、数字化、信息化发展的高新技术产品作为一个多信息显示平台，显示车速、档位状态、电机转速、电机状态、电池组状态等其他电动汽车特定的信息同时实现电機故障报警、电池组低压、不均衡报警等功能。TPMS(TirePressure Monitoring
System)是汽车轮胎压力监视系统用于在汽车行驶时对轮胎气压及温度进行实时自动监测，以保障行车安全属于汽车主动安全部件。目前得到广泛应用的是直接式TPMS它利用安装在每一个轮胎里的以锂电池为电源的压力传感器直接测量轮胎的气压，并通过无线电频率调制发射到安装在驾驶台的接收器及监视器上由于汽车结构和内饰的限制，TPMS的接收器和监视器的安装位置成为一个比较困难的问题目前有两种解决方案，一种是电池供电或汽车点烟器供电的独立接收器和监视器一种是将接收器和监视器集成在导航仪或多功能内后视镜或仪表盘中。第一种方式由于安装位置不固定在行驶时存在安全隐患，且会带来一定的成本问题但甴于独立性强，可以适用于各种车型;第二种方式安装位置固定且能降低成本，但需要定制来满足集成要求不具有适用性。
本文通过在儀表盘中以子板的形式集成TPMS接收器在仪表盘上实现轮胎温压的接收，通过仪表盘LCD、LED及蜂鸣器进行轮胎温压的数据显示及报警避免TPMS接收器和监视器的独立设计和安装。同时可根据不同车型的要求方便地加载或卸载TPMS接收器 1 系统结构
系统包括4个TPMS发射器和仪表盘两个部分，发射器的MEMS芯片是TPMS系统的核心本方案采用英飞凌的SP37设计TPMS发射器，负责完成气压、温度、电量和加速度的检测并通过无线调制将数据发送到接收器。信息的采集和显示是仪表盘的核心功能其显示接口包括步进电机及其指针、LED、LCD和蜂鸣器，仪表盘以子板的形式集成TPMS接收器在儀表盘上实现轮胎温压的接收，通过LCD、LED及蜂鸣器进行轮胎温压的数据显示及报警避免TPMS接收器和监视器的独立设计和安装。当某轮胎的温喥或压力低于一定阈值时可以通过LED和蜂鸣器声光报警通过仪表盘上的模式按键可以查看4个轮胎的温度和压力值，同时可根据不同车型的鈈同要求方便地加载或卸载TPMS接收器其系统结构如图1所示。
2 TPMS发射器设计 本方案采用英飞凌的SP37设计TPMS发射器做为集成胎压传感器、MCU和射频发射器的MEMS芯片，SP37完成气压、温度、电量和加速度的检测并通过无线调制将数据发送到接收器，具体功能设计部分在此不再赘述文中重点介绍下发射器的天线设计要点。
发射器的天线设计是发射器设计的关键决定了整个TPMS系统的准确性和实时性，同时也决定了发射器的使用壽命如果由于发射天线设计不当，那么内置式的胎压监测发射器将通过提高发射频次的方法来提高系统的准确性和实时性这将极大地消耗电池电量，从而减少使用寿命
本文通过采用辐射金属片异形天线实现无线数据的发射，其长度接近发射器无线发射频率的1/4波长通過改变发射器金属片天线的厚度、形状和长度来提高无线发射效率，降低发射功率延长发射器电池的使用寿命，该金属片天线直接注塑箌发射器外壳内在制作发射器外壳时置入其中，只有天线的发射端与接地端与电路板相连从而减小发射器厚度并降低生产成本，天线夲身受外壳塑料包覆能耐受轮胎内部的高温高压，且不会因为受到轮胎的高速旋转而变形具有高度的可靠性和稳定性。
3 仪表盘设计 汽車电子电控单元软件设计的工作量占其整个产品设计的80%所以文中重点介绍下仪表盘的软件设计要点，步进电机控制是仪表中量表显示的核心功能下面以步进电机控制算法为例介绍下仪表盘的软件设计。
文中所设计仪表盘采用步进电机驱动指针进行车速、工作电流、电池組电压的显示由于步进电机存在最小步距角的限制，且没有位置反馈很容易出现抖动、过冲、失步、信息指示不准确一系列问题，本攵通过在底层控制上运用细分技术和加减速控制技术在微观的层面上实现对步进电机的单步和单段控制，并且在底层控制技术的基础上進一步设计自适应控制算法实现长时间跨度上的步进电机连续控制，保证步进电机式汽车仪表盘各个指针在整个工作时间段内、各种工況下的平稳运转具体算法设计如下：
首先根据汽车仪表应用的最小细分粒度需求设计步进电机线圈电流正弦规律变化的细分控制表，通過调节控制表索引步距实现对底层步进电机的细分控制;在指针调度控制上以可变长时间槽的形式划分调度周期对指针进行分时段控制，設计指针在单个调度周期内的转动方式为加速启动、匀速运转、减速停止、惯性消止4个阶段通过在转动角速度控制、指针位置更新、线圈电流调节步距、运转调度周期时长、启动加速度、停止减速度、惯性消止时间上进行设计，实现了汽车仪表盘各个指针的平稳启动和停圵实现对快速变化信息的迅速响应以及对缓慢变化信息的平滑反映，可以快速启动和平稳停止且在低速运转时无抖动算法流程如图2所礻。
4 结束语 文中分析了集成TPMS功能的电动汽车仪表盘的系统结构介绍了TPMS发射器的天线设计，分析了仪表盘步进电机自适应控制算法的设计该仪表盘经装车试验，运行稳定功能可靠，现已经进入小批量预生产阶段具有很高的实用价值。
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摘要 提出了一种新型的具有三陷波特性的超宽带印刷天线大钱形的辐射贴片和共面波导传输线馈电，可以保证在相当宽的3个频带内具有良好的阻抗匹配回波损耗S11<-10 dB的阻抗帶宽是3．1～10.6GHz，除了其中3．3～3.7 GHz的WIMAX5．15～5．825 GHz的WIAN和7．25～8.4
GHz的X波段下行频段3个陷波频段。这些陷波的频段可以通过在天线的辐射贴片上增加长条裂缝囷U形缝隙实现加工和测试结果表明，该天线具有很好的阻抗带宽和全向辐射方向图 关键词 超宽带天线；陷波特性；小型化；无线通信 媄国联邦通信委员会于2002年规范统一商业应用中的带宽要求为3．1～10．6
GHz，这使得超宽带技术在工业和学术界中的应用变得备受瞩目为避免超寬带通信系统中的其他频段的相互干扰，例如工作频带内还存在诸如无线局域网等其他的通信系统多种具有陷波特性的超宽带天线被广泛研究和设计出来。
可以通过在超宽带天线上腐蚀不同的结构来实现陷波特性多种结构均可实现这一功能，如在贴片上腐蚀U形和C形缝隙然而众多设计的天线都仅覆盖了一个窄带频段，多数适用于无线局域网中5 GHz频段还有部分天线具有双陷波特性。
文中提出了一种带有三陷波特性的共面波导馈电的超宽带天线辐射贴片为大钱形状，通过在其表面腐蚀U形缝隙和长条裂缝可以获得3个陷波频段。 1 天线的设计與结构 具有三陷波特性的超宽带天线结构图如图1所示天线腐蚀在介电常数为4.4和厚度为1．6 mm的FR4介质板上。共面波导传输线与地板的间隔是W3、寬度是W4特性阻抗是50
Ω。共面地板大小是L2×W2，提供了良好的阻抗匹配天线的尺寸是36mm×30 mm×1．6 mm。为引入三陷波特性在马蹄形天线表面蚀刻叻U形缝隙和长条裂缝。上部的U形缝隙实现了WiMAX的3．3～3．7 GHz频段的陷波功能同样的下部U形缝隙实现了7．25～8．4 GHz频段的陷波功能，而两条裂缝实现叻WLAN的5．15～5．825 GHz频段的陷波功能
原始天线具有良好的超宽带特性，在充分考虑整体尺寸的前提下合适地选择大钱形贴片和共面地板的大小來保证天线的阻抗匹配特性。而在贴片上面蚀刻缝隙或者裂缝可以切断辐射贴片上的表面电流，使得缝隙或者裂缝周围的电流重新分布形成了陷波特性。考虑在介电常数4．4时陷波结构的长度约为陷波频率对应波长的1／4，考虑缝隙和裂缝之间的耦合在初始值附近进行┅定的优化就可得出设计天线的具体从参数。
图2给出了三陷波超宽带天线回波损耗的HFSS仿真结果图和矢量网络分析仪的测试结果图从回波損耗可以看出超宽带天线满足通信系统中对于超宽带频带的要求，并且可以看出设计的天线有3．1～3．9 GHz5．15～5．9 GHz和7．2～8．9 GHz的3个陷波频段。测試结果和仿真结果有着良好的吻合
设计的天线初始模型是没有腐蚀缝隙的大钱形单极子天线，其本身有着良好的宽频带特性和相对小的媔积为观察裂缝和缝隙的陷波功能，给出了初始天线和3个天线的回波损耗仿真结果图这3个天线依次移除了上部的U形缝隙，垂直的长条裂缝和下部的U形缝隙如图3所示，可以看出其各自的陷波特性当长条裂缝或U形缝隙移除时，相应的陷波频段也移除了并且对于另外的陷波频段没有太大的影响。
为进一步研究陷波结构对天线的参数进行了分析。其中上部U形缝隙的参数是长度L7L9和宽度W7，长条裂缝的参数昰长度L10和宽度W6下部U形缝隙的参数是长度L6，L5和宽度W5设计中发现宽度基本可以决定陷波带宽，合理地选择使得陷波带宽满足要求即可；而長度基本决定陷波的中心频率图4给出了不同长度对于陷波频段的影响。天线的陷波频段可以通过改变裂缝或者缝隙的长度来调整可以看出增加L9，L10或L6的长度相应的陷波频段会向低频方向移动，并且另外的陷波频段并没有大幅变化
4．5，5．5和6．5 GHz的E面和H面的测试辐射方向图洳图5所示在4．5和6．5 GHz，E面方向图和单极子的辐射方向图相似然而在5．5 GHz由于陷波特性使得E面方向图发生了部分畸变，并没有上述两个频点嘚方向图效果好H面方向图接近全向，有着良好的全向辐射特性
最后给出了整个工作频段的峰值增益图。3个陷波频段的最小增益分剐是2．2 dBi2．4 dBi和2．9 dBi。出现的频率也正如预期的出现在3．5 GHz5．5 GHz和8．0 GHz处。 3 结束语 文中提出了一种新型的带有三陷波特性的超宽带的天线并且给出了汸真和实验结果，结果表明天线满足超宽带3．1～12
GHz频带的要求通过在大钱形贴片上腐蚀两个长条裂缝和两个U形缝隙，使天线具有3个陷波频段即3．4 GHz，5．5 GHz和8．0 GHz的窄带范围具有良好的陷波特性抑制了通信系统相关频段对于UWB系统的潜在干扰。文中设计的天线在超宽带通信系统中囿着良好的应用前景
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摘要：为实现高增益低旁瓣的定向天线，设计了一种采用介质基片集成波导实现缝隙天线阵并在辐射缝隙两边增加扼流槽，与传统的介质基片集成波导相比大幅增加了带宽。最后实现了一介质基片集成波导天线阵其带宽增加了8%,实际测试表明该天線具有高增益，低旁瓣达到了设计要求。
介质基片集成波导实现缝隙天线阵是针对以往采用波导型材实现天线开缝的方法所提出的使用印刷电路中常用的金属化过孔的方法，用两排较为密集的金属过孔将聚四氟乙烯微带板（双面覆铜板）的上下两层铜皮连接在一起此时在两排过孔与上下两层铜皮之间能够导行电磁波，其模式为类似于矩形波导中的TE10模而不是TEM波。介质板的上下两层金属层等效为矩形波导的两宽边而两排金属过孔形成矩形波导的窄壁。对于微带板如果孔和孔之间的距离比较近，就可以将孔之间的空隙看成是波导窄壁上垂直于传播方向的缝隙这种缝隙不会影响TE10模传播，也不会向外辐射因此可以用这种方法在微带板上实现矩形波导的功能。
1 忝线设计 微带板结构如图1所示 图1 微带板结构图 与矩形波导相比，介质基片集成波导具有以下优点：1）加工简便成本低廉；2）體积小，集成度高；3）易于和平面微波电路连接；4）与铜质波导相比重量轻 与微带贴片天线相比，介质基片集成波导的损耗小Q值高，能够实现高性能的天线和滤波器
对于平板缝隙天线阵，扁波导缝隙天线的带宽较窄且波导的高度越低带宽越窄。另外辐射波導的带宽还和缝隙所处的外环境有关即辐射波导之间的耦合有关。孤立缝隙的带宽较宽而组阵后带宽较窄。而且当单元间距越小耦匼越强时，辐射波导能够获得较大的带宽因此波导缝隙天线的带宽主要由2个因素决定：1）波导的高度。2）缝隙所处的外部电磁环境
在辐射波导两测布置扼流槽可以扩展带宽，如图2所示图中扼流槽的各部分尺寸，单位为mm.由于介质波导（SIW）的宽度为24 mm,而辐射波导的间距為40 mm,所以每各辐射波导两侧都仅有8 mm空间必须将扼流槽折叠。在折叠后扼流槽的尺寸都是仿真计算的，以保证从扼流槽的开口向里看是等效开路图3是加扼流槽后天线反射系数仿真结果。 图2 带有扼流槽的缝隙天线截面图 图3
天线反射系数 图4所示为天线的正反面结构示意图正媔所示为天线的辐射面，反面所示为天线的功分面板材的介电常数为2.25,厚度为2 mm,该阵列包括8根辐射波导，每一根辐射波导上对称的开有10个缝隙辐射波导的馈电方式为从两头对称的向中间馈电，这是与传统的主线支线耦合馈电不同 图4 天线结构示意图
为达到-20以下的旁瓣抑淛要求，采用了海明加权经过优化后的权值分布如表1所示。 表1 幅度权值分布
天线功分网络设计为了防止某个辐射波导的反射波通過馈电网络耦合到其他辐射波导，影响其他辐射波导的激励权值保证整个阵列的加权系数精度，所以辐射波导的激励端口之间需要隔离为实现表1所列出的幅度权值，并且实现不同辐射波导之间的隔离功率分配网络由H-T型分支和窄边耦合的定向耦合构成，功分网络的结构主要是选择并联馈电形式即用功分器结构为各个辐射波导馈电，保证天线的总馈点到各个辐射波导的路径是一样长的
2 天线实物与測试结果 图5是实际制作的平板缝隙天线的实物照片，整个天线的面积为：330 mmx330 mm.从图中看出天线一共包括8排辐射波导，每一排的辐射波导甴过孔分为对称的两个波导所以一共有16个辐射波导。每个波导的宽壁上开5个缝隙同一波导上的缝隙尺寸各不相同，而不同波导上相哃位置的缝隙的尺寸是一致的。每两排相邻的波导之间有额外设计的扼流槽，以提高带宽
图5 天线实物图 不同层的介质板用金属螺釘紧固，保证天线的机械特性结实可靠以及不同层敷铜的电气接触良好。 该天线的由位于功率分配网络中心的50 Ω SMA接头馈电测量得箌的端口反射系数如图6（a）。天线具有良好的端口匹配特性在5.5~5.9 GHz频段，天线端口的反射系数都在-12 dB以下（VSWR<1.6）而天线的-10 dB带宽更是达到了463
MHz（5.512~5.975 GHz），其相对带宽为8.1%.对于厚度仅有2 mm的SIW波导相对带宽达到了8.1%. 天线方向图见图中6（b）（c）。平板缝隙天线旁瓣指标在H面内旁瓣电平不超过-30 dB.茬E面内，旁瓣电平也低于-25 dB. 图6 天线反射系数和方向图 3 结论
提出了基于介质板材的波导缝隙天线设计方案并加以实现该设计方案的朂大优点就是能够扩展平板波导缝隙天线阵尤其是薄波导缝隙阵的带宽。采用此方法设计并实现了一个80阵元的高增益定向天线阵并给出叻实测结果，表明该天线具有高增益定向性好，旁瓣低的特点达到了设计要求。
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摘要：基于RFID系统对天线的要求提出了一种适用于UHF频段上的RFID读写器天线。该天线采用背馈馈电方法通过在分形结构上采用非对称矩形切角来实现天线的小型化和圆极化。利用电磁仿真软件汾析了天线性能仿真与测试结果吻合良好。 关键词：分形；田极化；超高频；微带天线 0 引言 无线射频识别(Radio Frequency
IdentificationRFID)是一种借助于电磁波传播和感应而进行的自动识别技术，该技术作为一种快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术和信息标准化的基础被列为21世纪十大重要技術之一。目前已广泛应用于物流管理、动物识别和电子收费等领域无源UHF RFID技术具有工作距离远和数据传送速度快等特点，被认为是最具有應用前景的RFID技术在UHF
RFID系统中，天线性能的高低直接影响系统的识别距离是一个非常重要的器件。随着UHF RFID技术的发展小型化、高增益、低荿本的天线越来越受关注。在众多可适用于UHF
RFID系统阅读器的天线中微带贴片天线因其结构简单、便于加工制作而被更多的研究和应用传统嘚矩形微带贴片天线尺寸为谐振频率的半波长，天线的尺寸受到严格的限制可以通过提高介质基片介电常数、加载短路探针、加载缝隙等方法实现贴片天线尺寸的减小，但是天线的性能会受到很大的影响尤其是天线的增益和带宽。本文在这样的背景下设计了一款小型化、高增益微带天线该天线基于Minkowski分形结构，并在其基础上通过矩形切角来实现圆极化满足UHFRFID系统对天线的要求。该微带分形天线的中心
分形结构通常是按照一定的分形因子对初始单元进行自相似迭代生成的初始单元决定了分形图形的框架，分形因子决定了分形图形的内部結构Minkowski分形边界的构造过程如图1所示。 设初始贴片的直线边长为a分形因子IF=1／n，即贴片直线边中央挖去的矩形区域宽度为a／n设挖去的矩形区域深度为b，即挖去一个a／n×b的矩形区域深度和宽度之比：
通过研究发现，Minkowski分形贴片微带天线具有良好的尺寸缩减特性可以谐振于哽低的频率，随迭代系数的增加谐振频率逐渐降低但是当迭代系数超过2时，谐振频率的降低趋于缓慢并且加工难度也随之增加。因此迭代系数一般小于2 本文设计的读写器天线以FR4(介电常数为4．4，介质损耗因数为0．02)为介质基板中心频率为915
MHz，其结构如图4所示由一个矩形非对称切角的1阶Minkowski分形贴片、金属底板、一个探针和FR4介质板构成。FR4介质板的厚度为1．0 mm大小为140 mm×140 mm，辐射贴片的大小为135 mm×135 mm分形矩形的大小为34 mm×34
mm。当前的圆极化微带天线多采用对称等腰直角三角形切角的方法从工程应用角度出发，采用更易加工和调整的对角线上非对称正方形切角的方法来实现圆极切角矩形大小为16 mm×16 mm。金属地板采用200 mm x200 mm的铝板为了增加天线带宽、提高天线带宽、提高天线增益和降低天线成本，茬FR4介质板和地板之间设置了空气层空气层厚度为6．0
mm，其结构如图5所示微带贴片天线为侧馈，单元与馈线之间需要匹配网络这无形当Φ就增加了天线的尺寸。本文设计的微带分型天线采用50 Ω同轴线的背馈方式。这种方式无需阻抗匹配网络通过调整馈电端口在x轴的位置即鈳实现阻抗变化，从而进一步减小了天线的尺寸 2 天线的仿真和测试结果 通过ANSOFT公司的电磁仿真软件HFSS
11．0对该读写器天线进行仿真与优化，天線的回波损耗S11参数仿真结果如图6所示从图中可以看到天线在900～925 MHz之间回波损耗小于-12 dB，阻抗带宽为8％满足了UHF RFID系统的要求。 天线具有较好的方向性最大工作增益可以达到6．15 dB，如图7和图8所示图9所示的轴比参数仿真图表明该天线基本满足了圆极化的要求。
RFID技术的发展小型化、高增益、低成本的天线成为研究的重点。本文提出了一种用于UHFRFID读写器的圆极化微带天线该天线性能良好，符合RFID系统的工作要求此外通过以单一的馈电结构以及在贴片和地板之间加上空气层介质，降低了天线的实际制作成本仿真结果和测试结果吻合较好，验证了设计嘚正确性
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摘要：本文提出一种结构简单的、宽带双频、共面波导馈电的单极子天线，本天线采用50欧姆的SMA接头对其进行馈电印刷集成在┅个22×35mm2的介质基板上，覆盖了无线局域网(WLAN)的2．4-5．2-，5．8-GHz三个频带并且具有良好的阻抗匹配特性。此天线的低谐振模式在VSWR<2时的阻抗带宽为320MHz(2．38到2．70GHz)满足了2．4-GHz
近年来，随着无线通信和移动通信技术的发展移动终端设备使用越来越广泛，无线局域网(WLAN)技术也广泛应用在笔、手机、手持终端、汽车中随着IEEE802．11 a(5．15～5．3
5GHz，5．725～5．825GHz)和802．11b／g(2．4～2．4835GHz)标准的提出WLAN得到了迅猛发展。与此同时对WLAN天线的要求也越来越高要求其体積小、重量轻、生产加工便捷、天线成本低廉，同时在功能上要求使用频宽较宽以及有双频性能以同时达到802．11a／b／g标准要求所以，近年來对小型化的多频段WLAN天线的研究大量涌现
无线系统都是用来传输高速数据的，即要求天线具有很高的带宽同时随着电路集成度的提高，系统对天线的体积有着苛刻的要求物理空间的限制成为系统设计必须考虑的重要因素。随着天线尺寸的减小天线效率会显著降低，帶宽也会随之变窄如何在天线带宽等性能受尺寸限制的情况下，设计出宽带小型化的天线是个难点
传统的单极子天线结构简单、容易饋电，但是其工作频带很窄无法满足WLAN的频带宽度。而且在很多需娄低剖面、紧结构、小型化、易集成的天线的情况下就更难胜任了。後来出现了平面单极子天线虽然满足了小型化、低剖面问题，但是带宽窄的先天劣势无法避免近些年来，共面波导馈电的天线在WLAN天线設计中受到了很多的关注因为它拥有宽带、良好的阻抗匹配、简单的单层金属结构、容易与有源器件或者单片微波集成电路(MMIC)合成等特点。在一些现有的该天线设计中存在小型化、结构简单、多频段和宽频带之间的矛盾。本文所提出的天线是在原有基础上加入了天线阵嘚概念，强化了辐射强度的同时有效地展宽了频带，而且结构简单经过大量的仿真优化，成功设计出了一种新颖的应用于现代WLAN通信的忝线
1 天线结构设计 本文设计出的天线结构如图1所示。此天线的辐射面和地面印刷在22×35mm2、相对介电常数εr=4．4的介质板上介质板厚度为H=1．6 mm。天线由50 Ω
SMA连接器进行馈电天线的辐射单元有两部分组成，左边部分包括两个W6、L3和W8／2共四个贴片产生低谐振频率，右边部分包括四个豎直片和W8／2共五个贴片产生高的谐振频率。根据单极子的工作原理谐振时的长度为波长的四分之一。左边长度(W6+L3+
W8／2)设置为谐振频率为2．54GHz時波长的四分之一右边长度(L9+W8／2)设置为谐振频率为4．82GHz时波长的四分之一。为了加强辐射强度并且增大带宽运用天线阵的概念，两部分都增加了相近的辐射贴片由于耦合效应的存在，两部分长度需进行微调 2 仿真结果
天线结构中参数的变化将会对频段位置、带宽有较大影響，本文着重讨论了贴片长度W6以及贴片高度差L8对回波损耗的影响图2表明贴片的长度W6对高频谐振没有影响，对低频有一定影响从图中看絀，W6小了频带不能包括频点2．4GHz；W6大了，带宽变窄从图3可见，贴片的高度差L8对高频有一定影响并且通过耦合效应影响低频带宽。
对以仩参数优化最终确定了最优的天线参数如表1所示。 图5给出了优化后天线回波损耗的仿真结果表明此天线完全覆盖了WLAN频段，并且具有很高的带宽
图6、图7、图8分别给出了对天线进行仿真后得到的2．44GHz、5．2GHz、5．8GHz频率下的方向图，表明天线在水平平面(y-zplane)内基本具有全频带的辐射全姠性 3 结果分析及结论
本文根据共面波导馈电天线的特点和单极子天线的工作原理，在大量仿真实验之后设计出了一种应用于WLAN的平面天線。文中对天线的部分参数做了具体讨论优化并给出了优化后的天线仿真方向图，基本符合单极子天线辐射图样在WLAN的工作频带内满足铨向覆盖要求。
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对带有开关电路的2.4 GHz极化分集印刷天线进行电磁场及电磁场与电路协同仿真 通过采用极化分集技术可以用低成本PCB基片制造具有良好接收机性能的无线局域网设备(WLAN)天线。本文将描述如何使用最新的三维电磁场(EM)仿真工具来设计和仿真一对2.4GHz正交极化的印刷偶极子天線同时预测表面电流和相关的远场辐射图。
与目前很多同一主题的文章不同本文论述如何通过使用EM电路协同仿真，综合考虑用于天线極化切换的基带电路元件的效应采用本文所描述的方法，设计人员可从线性或非线性电路仿真中直接对天线激励而无须手动执行数据傳递。 概述 消费类无线应用要求天线应隐蔽地安装在无线产品中且必须具有低成本和高性能。下面的示例描述了如何通过在FR4 PCB电路板上印刷双正交偶极子天线来满足2.4GHz
WLAN应用的上述要求。当PCB电路板被垂直放置时垂直或水平偶极子天线将分别优先发射和接收垂直或水平极化的信号，如图1所示
通过在天线单元中建立可检测和切换较强信号的电路，可以使用这种极化分集技术来降低多路径反射和干扰对WLAN网络的影響这种天线的设计和分析已经在一些文献中详细描述，所以本文将通过使用电磁场(EM)仿真来快速分析天线的特性进一步再使用电磁场与電路协同仿真技术来分析开关电路对天线性能的影响。 使用电磁场仿真对天线设计进行快速分析 图2显示了偶极子天线的结构和几何尺寸
RAM)仩运行，仿真时间为一分钟由于这样快速的仿真，我们可以快速分析几何形状或材料参数等变量变化时天线的特性
图3显示了FR4介电常数茬4.2～5.0之间的变化对偶极子天线谐振频率的影响。此处我们注意到介电常数越高，则共振频率越低这个结果不出所料，因为相对于介电瑺数升高而造成基片材料中的波长减少偶极子天线本身具有较大的电尺寸。当设计低制造成本产品时通常会存在这些变化，考虑这些洇素特别重要
通过查看图4中显示的几何结构的变化对天线表面电流的影响，可对天线设计得到进一步的了解表面电流图对诊断失配或鈈希望有的耦合的来源非常有帮助，图中的电流密度用多种颜色来表示并通过对电流相位进行360°扫描动态刷新而得到动画效果。现在，可
以看到电流是如何被引入到相邻结构中或在何处引起了不希望有的谐振，从而进一步进行修正这比传统的试探法多次加工和调整电路板或不断地进行切割、粘贴电路板要精确和高效得多。
Momentum中使用的矩量法(MOM)仿真技术假设介质平面是无限大的大多数应用都近似满足这样的條件。在必须考虑有限介质效应的情况下(如印刷偶极非常紧密地贴近PCB边缘时)可以通过全三维电磁场仿真工具，使用有限元方法(FEM)进行分析图5显示了使用由Agilent EEs of
EDA开发的电磁设计系统(EMDS)进行仿真的情形，将偶极子天线先后放置在与PCB边缘间隔5mm和2mm的位置结果发现谐振频率发生了大约100MHz的偏移。
图6中比较了Momentum和EMDS预测的偶极子天线远场辐射图由于EMDS在计算过程中不需要假设无限PCB介质平面的条件，所以其预测的远场图比矩量法技術预测的远场图更精确(矩量法仿真的结果显示了在假设的无限PCB平面方向上没有任何辐射) 将电路元件和天线一起进行协同伤真和协同优化
為了充分利用极化分集技术，可通过使用pin二极管构成的开关电路与偶极子天线连接对偶极子天线进行导通和关闭。 其间我们必须考虑： ·开关电路对整体天线性能的影响。 ·一个偶极子天线对另一个偶极子天线的影响 ·对处于天线和收发信机之间的开关电路进行电路匹配。
通过使用先进设计系统(ADS)平台中集成的Momentum执行电磁场与电路协同仿真，可对上述因素进行分析图7显示了双偶极子天线和开关电路的协同仿嫃设置，此处使用+5V或-5V控制电压对接在每个偶极子天线之后的PIN二极管进行偏置来实现极化选择图8显示了从两个双偶极子天线的共用馈电处嘚到的S11反射系数。
从现在开始如果需要通过调整偶极子天线的几何尺寸和改变开关电路的参数来优化偶极子天线的共振频率或S11匹配，可鉯在ADS中执行电磁场与电路协同仿真在软件定义无线电环境中，如单一天线必须能够在不同的频率和带宽上工作同样可以使用类似的技術来设计在DSP控制下的自适应天线匹配或波束成形网络。它同样有助于对电容器矩阵进行切换的自适应开关电路在手机与使用者相距不同距离时自适应电路通过切换不同的电容跟踪匹配不断变化的天线特性。
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通常在进入设计周期末尾之前天线设计不会引起太大注意。原因戓许就是因为它们是无源器件在RF信号通路中所起的作用看来不大。也可能是是因为设计师希望他们一直有能力在剩余空间内配置天线设計和进行元件选择还有可能是因为天线不是摩尔定律的受益者。
无论具体原因何在便携无线产品设计人员现如今都面临着许多新的工具、新的方法和新的元件，从而使得对理想天线的追求又增添了新的折衷过程在这个过程中，设计人员需要切切实实地在“造和买”之間作出艰难取舍与你必须花钱购买的有源器件不同，完全可能只以PCB上几平方厘米的代价免费制造一个天线在许多情况下，这是一种有吸引力的可行选项但在其它许多情况下，享用这种明显的“免费午餐”的成本太高现在，一些更新的天线设计和器件的出现使得设計师有了另一种选择。
小天线的世界 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对一个300MHz信号，定义上的阀值是10厘米；而茬1GHz该值仅为3厘米。
传统上小天线仅能提供有限的性能。若你想要真正高效的天线性能你需要将更多的金属伸向空中并采用多种或形狀复杂的元件，以提升增益、控制带宽、改变场型或抑制邻近信号另外，你必须确保天线阻抗与RF前端相匹配以使功率传输最大化。以蜂窝手机和Wi-Fi为代表的向更高频率RF转变的主要好处之一是小天线在这些应用中具备电气可行性。
虽然天线“族谱”纷繁复杂但无论你使鼡基于PCB的天线还是分立天线，包含小天线的这个分支都需要在设计中很好地进行折衷处理
PCB天线，既可以是小片或小环可以是螺旋形或線形。它们的BOM成本可以忽略不计只需要占用PCB空间。值得注意的是某些PCB天线并非主电路板的一部分，而是作为独立器件通常附在产品外壳里面。其性能还取决于布局、几何尺寸及其与附近元件的相对位置另外，用户的手、身体或头部通常对天线性能产生不利影响产品中元件或PCB布局的任何改变都将波及到天线性能。所以这种设计是受到限制的而最终产品定型前的修改也意义不大。
另一方面对天线嘚修改——无论是为了迎合规范的变化或克服设计缺陷——一旦被确定后都可迅速执行，且不会对BOM产生影响修改还会影响天线阻抗。所鉯你也许还需要改变设计好的匹配电路。
相反分立天线会涉及到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專门设计作为回报，这种天线比PCB天线占用更少的PCB空间而且如果不是完全不受影响的话，PCB布局、临近器件或用户对其的影响也小得多忝线阻抗由物理设计所固定，所以匹配网络也被固定了且与布局、器件摆放位置无关。这些因素使设计师不再面对某些挑战性约束以忣不用再重新设计PCB布局及计算BOM。
自己动手设计天线 对于通常基于PCB的小天线而言有许多可能的设计方法。最常见的是采用明线(也称为开口)結构(例如双极和单极天线)、环线设计(例如环状天线)以及实心块设计。 开口天线实际上就是自无线电技术发轫之初就业已存在的大个天线嘚缩微版实际上，因Heinrich
Hertz在其1888年的实验中采用的就是双极天线所以它有时又称为Hertz天线。它与地平面是平衡的在有线和卫星电视出现前，咜一直忠实履行着VHF TV兔耳天线的职责 与双极相反，单极天线对地是单端的所以需要一个地平面。在许多无线应用中单极天线作为鞭状忝线使用。它也被称作马可尼天线在马可尼早期实验中用的就是这种天线。
图1：环形天线(a)易于实现矩形块天线(b)使用规划得很好的PCB空间(咜也可是一个分立器件) 在诸如UHF
TV等批量市场使用的环形天线也有悠久历史。它的周长约等于能接收到信号的波长(见图1a)从电气特性讲，矩形塊天线是一个较宽的微带传输线其长度是工作波长的一半。在图1b中波长不是以真空中的传播计算的，而是以绝缘的PCB材料计算的矩形塊的共振频段相当窄，所以其工作带宽也相当窄——约是标称中心频率的5%该特性是好是坏，取决于具体应用
所有这三类天线都可用PCB实現，且一个多层PCB能提供多个设计选择包括作为某些结构所需的地平面。类似遥控开锁(RKE)以及车库开启器等对性能要求不苛刻的应用采用嘚就是这种天线设计。 因PCB天线的设计成本可忽略不计那么是在什么时候又是因为什么使得它不是设计的优先选项呢？其中几个支配性因素与前端设计和实际实施有关
首先，天线设计并不简单即使采用类似数字电磁码(Numerical Electromagnetic Code)这样的建模程序，电路或系统工程师对电磁世界也是陌生的他们面对的是一个电磁场世界，而不是特定的电压和电流点或以固定回路流动的电子流 其次，与许多工程设计一样类似中心頻率、带宽、场模式、效率以及组织(lobe)和增益等相互竞争和冲突的属性使得它们之间的平衡取舍很困难。
第三评估天线性能并不容易，它需要特殊的测试仪器、无反射的腔室或开阔地带它还需要时间、金钱和专门技能。另外当评估用户的手对天线的影响，或相反、评估忝线辐射对用户手的影响时要进行正确的测试设置，包括对人的手和头的物理复制
而且这些还都是理论上的。实际上还有其它因素茬起作用。天线当然占用了PCB空间其性能属性受附近器件以及用户手、头和身体的显著影响。人体组织的相对介电常数是40而PCB成分的介电瑺数约介于25到85，所以人体组织将激励共振元素并影响磁场
另外，当为了多频带操作或形状多样性设计而需要多个天线时若干基于PCB天线間以及天线和附近区域间的交感将令性能预测非常困难，且其对细微的布局变化都敏感
但也存在约束天线场特定吸收率(SAR)的规则。SAR是质量(夲例的人体组织)吸收RF能力的比率；通常采用两种方法对其进行测量：一是测由于吸收引起的温升；二是测模拟人体组织的流体的电场美國联邦通信委员会(FCC)的网站上有更多信息。必须理解和分析天线的近场和远场性能它们可能紧密相关。
最后天线并非与无线设备的接收湔端或发射功率功放级隔绝独立。电路设计师必须确定天线以及关联级的阻抗然后设计出一个匹配网络以在整个目标带宽内最大化功率傳输(见图2)。 图2：天线子系统包括前端接收放大器或发射放大器、匹配网络和天线本身 这通常是一项困难的设计工作，涉及到专业计算和測量以及专用工具例如就需要Smith圆图。 电介质成为天线设计一部分
幸运地是材料科学和天线理论的发展为设计工程师在外接和基于PCB这两類天线之外，还提供了其它选择这些天线将天线的体积效率最大化，同时克服或实际上消除了布局影响及匹配的不确定性与此对照的昰，块状和鞭状无线是二维的其效能主要取决于所处空间而非体积。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。
听起来也许不合常理作为绝缘体的电介质会在天线设计和实现中扮演着重要角色。但事实的确如此在超过50年的時间内，电介质一直是天线设计的一部分它有助于成型和管理天线模式电场。场能量以相当高的密度积聚并存储在电介质内所以，外蔀物体或场具有相对小的影响且并不影响天线的固有共振
当然，高相对介电常数只是基于电介质的天线取得成功的关键因素之一材料還需要低电介损失(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
例如，英国Sarantel公司的Geohelix天线采用独有的陶瓷材料和形状與块状和鞭状天线相比，它具有将近场辐射减少最低90%的能力受用户手和躯体影响的近场在Sarantel天线内几乎是被完全封闭起来的。该天线当带通滤波器使用以抑制带外信号同时还去掉了做在PCB或机壳上的地平面。
不再需要地平面是该设计具有平衡电流的结果因流进天线的电流總和为零，所以其共振独立于PCB或封装与此相对，一个基于微带的块或外接鞭状天线需要一个地平面以取得共振流进(或流出)天线的电流需要在地平面上生成一个互补电流，这样才能产生共振
类似，另一家英国公司Antenova拥有一种高电介质天线技术它提供一种适用于全向、有姠甚至多带应用、具有10GHz以上频率响应特性优点的体积式非交感天线。这些高效器件对接近失谐和效应具有相对免疫力将这些器件整合起來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
该天线有三个元件：一条微带馈线，它也与接至天线的1.2mm直径、超小同轴电缆馈线匹配；一个发射器件由1/4波长地块和两个共振器(每频段一个)组成；及一个陶瓷颗粒，它负责激励发射元件并在发射元件和馈线间形成耦合 不同的方法
不是所有的这些新天线都以陶瓷为核心。巴塞罗纳的Fractus公司将基于不规则碎片几何学的几何模式用于其封装天线(antenna-in-package)设计中该多带天线能被印在衬底上或嵌入在芯片内。他们提供一种发射效率高于70%、峰徝增益高于1dBi、VSWR低于1.5:1的GSM天线该天线具有50欧姆不平衡阻抗，体积仅有10×10×0.9mm
大多关于天线设计的书籍充斥着难以用于实际设计的复杂理论和公式。但这种现象主要还是源于天线问题的本来特性而不是作者刻意要显得晦涩高深由Newnes/Elsevier出版的Douglas B. Miron写的《小天线设计》是一本覆盖了理论、模拟和设计的参考资料。
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运营商为了满足日益增长的通信要求不断加大网络建设的投入，基站和天线不断增多其中大部分基站在建设時只是从技术角度考虑如何满足通信需求，随着城市建设的发展和居民意识的提高和变化传统的天线安装方式产生了许多的问题。本文針对天线与环境的和谐问题以及美化材料对天线性能的影响、馈线和走线架的美化方案等，提出了在不同环境下的天馈线的设计与美化方案供工程技术人员参考借鉴。
天线布设的关键指标 天线增益
天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力它是选择基站忝线最重要的参数之一。增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度而在水平面上保持全向的辐射性能。天线增益对移动通信系統的运行质量极为重要因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围或者在确定范围内增大增益余量。任何蜂窝系统都是一个双向过程增加天线的增益能同时减少双向系统增益预算余量。
驻波比 天线驻波比表示天馈线与基站(收發信机)匹配程度的指标VSWR越大，反射越大匹配越差。说明输入到天线的功率被反射回来的越多天线的辐射功率越低。 天线隔离度 天线隔离指多端口天线的一个端口上的入射功率与该入射功率在其他端口上可得到的功率之比按标准要求，双极化天线两端口间的隔离度应夶于28dB 伪装材料的选型及要求
天线伪装通常会影响天线的电气性能，材料的损耗主要受材料的包含的物质影响天线的隔离度和驻波比主偠受天线板面与伪装材料的距离影响，伪装时需对伪装材料进行测试选取最合适的伪装材料、材料厚度以及安装距离等，尽量减少对天線电气性能的影响 伪装材料的总体要求 1. 材料耐用性强、防腐、防紫外线、抗老化性能较好。 2. 材料损耗小、反射量小 3. 绝缘性能和阻燃性恏。 4.
材料造价低容易维护。 5. 天线罩着色不允许使用金属性涂料或含金属成份的油漆所允许油漆的最高温度为70°C。 信号损耗值的测试 通過测试对于GSM1800系统来说，各种材料的信号损耗大致如表1所示 天线隔离度和驻波比的测试
通过对不同材料(12mm塑料板、5mm玻璃、2.5mm玻璃钢)进行测试嘚出结论为：如选用塑料板(厚度12mm)作为天线伪装材料，在满足隔离度和驻波比的情况下只有当天线离塑料板130mm时才能获得最好的效果;如选用箥璃板(厚度5mm)，在指定的距离内驻波比相对较高所以不建议选用玻璃板来作天线的伪装材料;如选用玻璃钢板(厚度2.5mm)，在指定的距离内天线离箥璃钢板≥40mm时就能满足隔离度和驻波比的要求所以推荐选用玻璃钢板作为天线伪装材料。
若工程建设中采用其它材料需对其进行测试，评估相应的电气性能满足要求后方可使用
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摘要：在RFID系统中，一个很重要的指标就是读写距离影响读写距离的重要参数则是读写器天線和标签天线的设计。天线设计是RFID无线射频识别系统设计的关键部分设计出合适的天线是确保系统正常通信的前提。从近场耦合天线的悝论分析着手通过实际RFID项目中的总结，结合实际RFID系统天线设计所需主要考虑的物理参量并根据这些参量确定设计步骤。
IdentificationRFID)的应用由来巳久，最早可追溯到第二次世界大战时英国空军飞机使用的敌我飞机识别系统。最近RFID无线射频识别技术被广泛应用于物品管理、车辆定位以及井下人员定位等该技术是一种非接触的自动识别技术，利用无线射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到自动识别目的 1 RFID无线射频技术概述 1．1
RFID无线识别系统的基本组成 RFID无线识别系统主要由RFID电子标签、RFID阅读器、天线以及上位机管理系统组成。RFID电子标签和RFID读写器之间是通过无线方式传输信息的因此它们之间都有无线收发模块及天线(感应线圈)。效果图如图1所礻
(1)RFID电子标签(Tag)：RFID电子标签是射频识别系统的数据载体。由耦合元件及芯片组成每个RFID电子标签具有惟一的EPC(Electr ctronic ProductCode)电子编码，附着在物体上标识目標对象与传统的条形码相比，EPC编码不仅可以反映某一类产品还可以具体到某一件产品。
(2)RFID阅读器(Reader)：读写器足可以读取或者写入电子标签信息的设备其基本功能就是与标签进行数据的传输，可设计为手持式阅读器或固定式阅读器 (3)天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。 1．2 RFID系统的工作原理
RFID电子标签进入RFID读写器发射的磁场后接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag无源标签或被动标签)，或者由标签主动发送某一频率的信号(Active Tag有源标签或主动标签)，解渎器渎取信息并解码后送至中央信息系統进行有关数据处理。射频识别过程示意图如图2所示 2 RFID标签天线性能指标
从RFID系统的识别过程不难看出，RFID读写器在感知RFID电子标签的过程中忝线在RFID电子标签和RFID读取器间传递射频信号起到了重要的桥梁作用，RFID读写器天线、RFID电子标签天线的性能对提高整个识别系统的性能有着重要嘚意义由于RFID电子标签附着在被标识的物体上，RFID电子标签天线会受到所标识物体的形状以及物理特性的影响影响因素包括所标识物体的材料、所标识物品的工作环境等。另外在RFID无线射频的装置中，工作频率增加到微波区域的时候天线与RFID电子标签芯片之间的匹配问题变嘚更加严峻。这些因素给RFID电子标签天线的设计提出了更高的要求同时也带来了巨大的挑战。
天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或辐射出去的装置是电路与空间的界而器件，用来实现导行波与自由空间波能量的转化当前的RFID无线射频系统主要集中在低频、高频、超高频、微波频段，不同工作频段的RFID系统天线的原理和设计有着根本上的不同： (1)方向特性
天线的辐射是具有方向性的辐射场振幅與方向的关系曲线称为方向图，实际上就是远区场任意方向上某点的场强同方向的关系曲线方向图一股指归一化的方向图，即远区场任意方向上某点的场强与同一距离的最大场之比同方向的关系曲线定义方向图函数为：
方向性系数是用来表示天线向某一个方向集中辐射電磁波程度的一个参数。任一定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的条件下非定向天线的总辐射功率对该定向天线的總辐射功率之比。按照此定义由于定向天线在各个方向上的辐射强度不等，故天线的方向性系数也随着观察点的位置而不同在辐射电場最大的方向，方向性系数也最大一般情况下，定向天线的方向性系数就是最大辐射方向的方向性系数即在离天线某一距离处，天线茬最大辐射方向上的辐射功率流密度Smax与相同辐射功率的理想无方向性天线在同一距离处的辐射功率流密度So之比记为D，即：
天线系数仅反映了天线辐射能最的集中程度天线增益不仅反映了天线的辐射能力，还考虑了天线的损耗因数在输入功率相同的条件下，定向天线在涳间某方向(θ，φ)的辐射功率密度S(θ，φ)与无损耗的点源天线在该方向辐射功率密度So之比称为天线的增益，记为G(θ，φ)。即：
增益系数昰综合衡量大线能量转换和方向特性的参数它是方向性系数与天线效率的乘积，记为G即： G=D·ηA 对于频段为超高频、微波的RFID无线射频识別系统来说，由于RFID电子标签天线面积较小因此天线的增益也是有限的。增益的大小丰要取决于天线辐射模式的类型
(5)阻抗特性 天线的输叺阻抗可以用天线馈电点处的电压与电流之比来表示，通常为频率的函数RFID天线的阻抗应设计成50 Ω或70 Ω，以便和常规的馈线实现阻抗匹配。RFID天线相当于读写器与电子标签输出端的终端负载，输入阻抗Zin定义为天线输入电压与输入电流Io之比即： 3 结论
随着RFID无线射频技术应用需求嘚不断明确和应用领域的不断拓展，作为RFID系统关键部件的天线的设计和研究变得十分紧要和迫切天线技术是RFID系统的关键技术之一，对RFID技術的成熟和广泛应用具有理论意义和实用价值
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标签：射频识别 天线设计 奥地利研发公司塞伯斯多夫在纺织品上增添新型通信功能卓有成效，他们利用织物中纤维的特殊传导作用贴附了天线从而开拓了技术纺织物的新市场。由此近场手机可与时装、工作装以及大量新的紡织物产生互动。 该公司的实验室与奥地利技术研究所联合发布了新型近场通信技术的最新细节他们在生产纺织品过程中
就能完成特殊嘚组合安装。该公司科学家斯特凡?塞西尔告诉近场通信技术媒体织物需要使用标准的近场通信技术，其原理是通过接触式射频识别技術由专门的 纤维线作连接天线。这种天线集成到在织物生产过程中即织入面料。虽然目前近场通信芯片需要用手工连接但奥地利科學家预计，这一链接方式有望在未来实现 自动化
该公司研发的这种纺织纤维通信技术可用于任何织物，能在织物上保存信息它还具有潛在用途，即与织物相关的成品服装上存储信息这种织物附件也可与制造商网站相连接，它甚至可通过特殊方式优惠促销
时装业是一個古老的工业，但若能增添新技术既能焕发青春其潜在市场不可小觑，尤其是专业市场科学家认为，有了织物纤维近场通信技术就鈳以促进其他行业如医学护理的发展。当照顾或护理病人特别是治疗阿氏默综合症过程中，这种通信方式具有独特的作用 新型通信纺織纤维的开发需要克服两个问题，其一是它是否会产生过于接近人体的问题，当然就目前
来看还不存在;其二是，如何设计附加物使咜能够读取，因为人体穿的服装可以弯曲而一些必须附在衣服上的小玩意儿却需要另外考虑。它们应该灵活、舒适且 实用它还必须经嘚起清洗和熨烫。研究人员将这种小设备放入洗衣机(60℃)进行洗涤测试、脱水测试并作熨烫测试。之后他们发觉，虽然经过一系列测
试却没能影响纺织品的任何通信功能。该公司还进行了其他更广泛的测试他们发现这些设备弯曲后会影响通信距离，但可以改变 塞伯斯多夫公司强调，下一步则是进一步测试如何让这种通信化服装更符合人体需要该技术将独家授权给专门的客户应用领域，或授权给多镓非专业客户的不同应用领域以便进一步策划如何基于个人合同而又感兴趣的公司进行深入广泛的研发。
该公司的实验室与奥地利技术研究所联合发布了新型近场通信技术的最新细节他们在生产纺织品过程中就能完成特殊的组合安装。该公司科学家斯特凡?塞西尔告诉菦场通信技术媒体织物需要使用标准的近场通信技术，其原理是通过接触式射频识别技术由专门的纤维线作连接天线。这种天线集成箌在织物生产过程中即织入面料。虽然目前近场通信芯片需要用手工连接但奥地利科学家预计，这一链接方式有望在未来实现自动化
该公司研发的这种纺织纤维通信技术可用于任何织物，能在织物上保存信息它还具有潜在用途，即与织物相关的成品服装上存储信息这种织物附件也可与制造商网站相连接，它甚至可通过特殊方式优惠促销
时装业是一个古老的工业，但若能增添新技术既能焕发青春其潜在市场不可小觑，尤其是专业市场科学家认为，有了织物纤维近场通信技术就可以促进其他行业如医学护理的发展。当照顾或護理病人特别是治疗阿氏默综合症过程中，这种通信方式具有独特的作用
新型通信纺织纤维的开发需要克服两个问题，其一是它是否会产生过于接近人体的问题，当然就目前来看还不存在;其二是，如何设计附加物使它能够读取，因为人体穿的服装可以弯曲而一些必须附在衣服上的小玩意儿却需要另外考虑。它们应该灵活、舒适且实用它还必须经得起清洗和熨烫。研究人员将这种小设备放入洗衤机(60℃)进行洗涤测试、脱水测试并作熨烫测试。之后他们发觉，虽然经过一系列测试却没能影响纺织品的任何通信功能。该公司还進行了其他更广泛的测试他们发现这些设备弯曲后会影响通信距离，但可以改变
塞伯斯多夫公司强调，下一步则是进一步测试如何让這种通信化服装更符合人体需要该技术将独家授权给专门的客户应用领域，或授权给多家非专业客户的不同应用领域以便进一步策划洳何基于个人合同而又感兴趣的公司进行深入广泛的研发。
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摘要：根据无线局域网通信天线的要求设计了三种工作在5 GHz频段性能良好的轴姠模螺旋天线，其中一种为普通螺旋天线第二种为加绕寄生螺旋天线，第三种为锥形加绕寄生螺旋天线通过电磁仿真软件HFSS计算及对结果分析表明，加绕寄生螺旋将改善天线的轴向辐射特性而锥形结构将扩展天线带宽。 关键词：局域网通信；轴向模；寄生螺旋；锥形螺旋 0 引言
螺旋天线是一种宽带行波天线辐射圆极化波。按结构来分有立体螺旋和平面螺旋两种立体螺旋天线的辐射特性主要取决于螺旋矗径D与波长λ的比值。当D／λ<0．18时，天线最大辐射方向垂直于螺旋轴线称为法向模辐射或基模辐射，而当3／4π<D／λ<4／3π时，最大辐射方向在螺旋轴线上，称为轴向模辐射或一阶模辐射。关于轴向模螺旋天线的研究较多，主要是在扩展带宽，增强方向性即提高增益，提高圆极化纯度和小型化这几个方面。文献介绍了一种变升角和加绕寄生螺旋线轴向模螺旋天线作者通过FEKO软件对其辐射特性仿真，验证了该天线仳普通螺旋天线方向性更好圆锥形螺旋天线比普通螺旋天线频带更宽。文献将变升角和加绕寄生螺旋线应用到椭圆螺旋天线上文献中莋者使用偶数个圆锥天线组合形成一个圆锥形天线，克服了圆锥螺旋方向性减弱的缺点这其实就是文献中提到的加绕寄生螺旋线方法。攵献着重研究了反射板的尺寸和形状以及馈电方式与螺旋天线的方向性系数的关系其结果表明，反射板直径在0．8～1．2λ之间变化时，天线方向性系数随反射板直径的增大而增大，继续增大反射板直径，天线方向性系数无明显变化，使反射板四周上翘成赋形，这比同尺寸的平板反射板螺旋天线方向性系数略高。单绕螺旋天线的方向性系数最小寄生螺旋天线的方向性系数居中，双绕螺旋天线的方向性系数最大文献中作者设计了一种圆极化GPS螺旋天线，并讨论了天线反射板尺寸变化以及螺距角变化对天线性能带来的影响文献中作者提出了一种低剖面平面螺旋天线的设计方法，用金属反射板代替传统的λ／4反射腔来实现螺旋天线的单向辐射并在螺旋末端接阻性负载，以克服反射器与螺旋面的间距过小带来的影响文献中作者设计并制作了一种小型化介质加载四臂螺旋GPS天线，该天线采用高介电常数的陶瓷介质加載体积大大缩小而性能基本保持不变。文献介绍了一种小型化的短桩加载轴向模螺旋(SLH)天线该天线性能与普通轴向模螺旋天线相近，体積仅为普通螺旋天线的1／3文献介绍了一种复合加载的背腔式平面螺旋天线。作者采用了蝶形天线过渡方式来实现过渡区传输损耗的减小传输段采取宽带天线的加载方式，实现宽频带的阻抗匹配对螺旋曲线的外围几圈采用锯齿加载，这与文献中短桩加载原理相同为了實现局域网点对点保密通信，根据要求本文设计了三种工作在5
GHz频段性能良好的轴向模螺旋天线 1 轴向模螺旋天线理论及设计 1．1 轴向模螺旋忝线理论 螺旋几何结构如图1所示，用来描述螺旋参量的主要有：螺旋直径D、螺旋邻圈之间节距S、螺旋圈数n及螺旋导体直径d由这些参量推導的其他参量有螺旋周长C=πD、螺旋升角α=arctan(S／(πD))、每圈的长度、螺旋的轴长A=nS。
假设沿辐射轴向模的n圈螺旋天线导体上载有均匀幅度的单向行波根据方向图乘法原理，其远场方向图等于单圈的方向图乘上一列由n个各向同性点源组成直线阵的阵因子阵元间距等于螺旋的节距。當螺旋很长(nS／λ>1)时阵因子锐变远甚于单圈方向图，因而长螺旋的远场方向图可近似取此点源阵方向图n个各向同性点源组成阵列的阵因孓为：
John D．Kraus通过大量实验验证了3／4<Cλ<4／3时螺旋的相对相速与式(6)，式(8)吻合较好即满足轴向辐射相对相速条件，其中与式(8)计算值更为接近单圈螺旋天线方向图近似为cosθ，利用单圈螺旋替代点源得到单绕轴向模螺旋天线归一化方向图为： 轴向模螺旋天线设计
局域网通信天线设计偠求：S11带宽大于100 MHz，增益大于10 dB半功率波束宽度小于30°，波束内圆极化轴比小于-3 dB。绕制螺旋的导体直径取值范围从0．005λ或更小直至0．05λ或更大。5 GHz对应波长为60 mm从而d的范围为0．3 mm<d<3 mm。设计天线d为2
mm增大螺旋圈数n，天线轴比将变小、波束变窄且增益提高n暂取为6。轴向模螺旋要求3／4<Cλ<4／3螺旋升角范围α为2°～25°，但最佳范围为12°～14°。从而计算出螺旋直径D范围：14．3 mm<D<25．5 mm，螺旋节距S范围为：9．6 mm<S<19．9 mm设计天线D和S分别为18 mm，15
mm接地板要求边长或直径至少为3λ／4的圆形或方形平板，而根据文献结论接地板直径宜取为1．2λ。本文使用圆形平板作为地板，半径设计为36 mm使用同轴线对天线馈电。在此基础上利用电磁软件HFSS对该结构天线仿真计算并对各尺寸进行细致优化，以协调各个指标参数满足设计要求天线模型图如图2所示。尺寸相仿加绕寄生螺旋天线及锥形加绕寄生螺旋天线分别如图3图4所示。 2
天线仿真结果及分析 经过细致优化仿嫃得到普通螺旋的S11、方向图、轴比分别如图5～图7所示。 分别将三种天线S11、方向图(φ=0°)、轴比(φ=0°)进行了对比如图8～图10所示。普通螺旋忝线带宽极宽而寄生螺旋结构限制了天线的带宽，但在5 GHz频带上下都有超过100
MHz可用带宽锥形结构相比普通结构带宽稍宽。对于方向图带寄生结构普通螺旋半功率波束宽度为25°，增益最高为11．52 dB。普通螺旋波束宽度也为25°，增益稍低为10．6 dB带寄生结构锥形螺旋天线方向性较差，半功率波束约为宽度30°，增益为8．19 dB而对于轴比，带寄生结构锥形螺旋天线性能最好在φ=0°，θ<80°时小于3
dB。另外两种天线在俯仰角θ<30°时轴比小于3 dB仿真结果与经验公式(11)～式(14)吻合较好。可以应用到无线局域网通信系统中 3 结语 根据无线局域网通信天线设计要求，设计了彡种应用在5 GHz频段的轴向模螺旋天线其中，普通螺旋天线带宽极宽(3～5．6
GHz)而加绕寄生螺旋天线增益较高，但带宽相比要窄得多但可以满足大于100 MHz要求，带寄生结构锥形螺旋增益较低但圆极化特性较好。可以根据更多的应用需求进行选择
