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天線阻抗的定義和影響天線阻抗的因素

2020-12-16 09:44:44

天線阻抗的定義


  天線輸入端的電壓與電流的比值稱為天線的輸入阻抗,一般來說天線的輸入阻抗是個復數,包括實部和虛部,實部稱為輸入電阻,虛部稱為輸入電抗。要注意這里說的天線阻抗是天線的一個電氣參數,不是導體上的電阻值,不能夠直接通過萬用表測量電阻來得到。天線阻抗的測量,需要使用的儀器是網絡分析儀。

  為了方便工程上的應用,天線阻抗的實部和虛部部分我們常常通過統一的史密斯(smith)圓圖來觀察和調試。此外駐波比和回波損耗也是我們常用的用于觀察阻抗的重要參數指標。

天線阻抗的定義和影響天線阻抗的因素

  對于射頻系統而言,射頻系統各個模塊之間的射頻信號傳輸會需要進行阻抗匹配。一旦失配,會導致射頻傳輸信號發生大量的反射,這種情況一方面浪費了很多能量,另一方面反射回來的能量有可能影響射頻系統的正常工作。

  對于射頻系統來說,天線可以視為是射頻系統中的一個負載。因此天線的輸入阻抗就非常重要,因為天線阻抗一旦與射頻饋線上的阻抗失配,就會導致饋線上傳輸的能量反射,無法盡可能多的將能量在射頻系統上傳輸,產生前面說到的能量浪費等問題,天線的阻抗失配越嚴重,則這種反射的能量就越多。這就是為什么天線要做阻抗匹配。

  理想的情況是天線的輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗,此時天線與饋線間沒有功率反射,天線與饋線間的傳輸沒有能量損失。當然,這種理想的情況是不存在的,因為在工程中,無論是天線的阻抗還是饋線的阻抗只能接近我們希望的特性阻抗,多多少少跟理想阻抗有一定的差異。為了保持統一讓不同射頻系統和天線能夠正常高效工作,移動通信電子產品通常定義射頻模塊和天線的特性阻抗為50Ω。這也就是為什么天線一般都要按照50Ω的阻抗來進行設計。

  如果天線自身的阻抗不是很好,是不是就沒有辦法實現阻抗匹配了呢?答案并不是這樣的。當天線的自身阻抗不好時,我們可以用串并聯的電容和電感對天線阻抗進行調試改善。這個時候我們將天線本體和匹配用的電容電感元件視為一個整體。這個整體阻抗合適(接近50Ω時)也是阻抗匹配上的。

  影響天線阻抗的因素 

  天線的輸入阻抗是由哪些因素決定的呢?一般說來,決定天線輸入阻抗的因素有3點:

  1、天線本身的結構形式和外形尺寸;

  2、天線的工作頻率;

  3、天線周圍的環境。

  這3個因素中的任何一個發生變化,天線的輸入阻抗就隨之發生變化,也就是天線的性能發生變化。因素1是說天線自己的形狀可以改變天線的阻抗。因素2是說要看天線的工作頻率,因為同一個天線在不同工作頻率上的阻抗是不一樣的。

   以上兩個因素大家基本上都知道,但是這里需要注意一下因素3:天線周圍的環境。也就是說相同的天線在相同的工作頻率,當天線周圍環境不一致時,天線的阻抗是會完全不一樣的。這就是為什么很多自稱性能很好的內置天線,當我們買回來用在我們實際電子產品里時,發現性能經常非常差甚至根本沒法用。這是我們實際使用時的天線周圍環境跟這個天線在研發時周圍環境不一致導致的。因此在天線周圍環境比較復雜的時候,天線是非常必要專門進行針對性定制設計的,特別是內置天線。



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