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1、天线相关设计探讨天线相关设计探讨无线键盘和鼠标上的无线天线设计东莞市铭冠电子科技有限公司一一.天线天线l天线（英文Antenna,常简写为ANT），是一种变换器，它把传输线上传播的导行波变换成在无界媒介中传播的电磁波。l实际应用中是作为无线电设备接收或发射电磁波的器件。l天线在我们公司的无线键盘和鼠标产品中也同样是用于接收的发射电磁波的。二二.天线的种类天线的种类l天线按其使用途径来说有两种：一种为发射天线，常标识为TX；另一种为接收天线，常标识为RX。三三.天线的特性和参数天线的特性和参数l方向性：方向性：天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝
2、所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈” 形的立体方向图。立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，平面方向图用来描述天线在某指定平面上的方向性。 l共振：共振：任何天线都谐振在一个特定的频率上，我们要接收那个频段的信号，就要把天线设计那个频率点上。l带宽：带宽：天线有一定带宽的，虽然天线的谐振频率是一个点，但在这个谐振点附近的一定范围内，这个天线的发射和接收性能都是差不多好的。就把这个范围叫做带宽。l阻抗阻抗 ：天线可以看作是一个谐振回路。一个谐振回路当然有其阻抗。l增益：增益：天线是一个无源器件，但天线上有一定的增益。当然这个增益是相对增益，是相对于基本偶极天线而言的。l驻波
3、比：驻波比：驻波比反映了天线馈线系统的的匹配情况。它是以天线作为发射天线时发射出去和反射回来的能量的比来衡量天线性能的。驻波比由天线系统的馈电阻抗决定。四四.在无线键盘和鼠标产品设计中在无线键盘和鼠标产品设计中l天线长度：我们的无线产品应用于2.4GHz（2400MHz2485MHz）的国际免费频段中。l实际使用带宽处于2.408GHz2.474GHz这一频段中(66MHz频带）。l理论和实践证明，当天线的长度为无线电信号波长的1/4时，天线的发射和接收转换效率最高。因此常规情况下天线的长度四四.在无线键盘和鼠标产品设计中在无线键盘和鼠标产品设计中l我们知道，无线电波和光波一样，它的传播速率和
4、传播媒质有关。l光在真空中的传播速率c=300000km/s.l无线电波在真空中的传播速率与光相等。l无线电波在某种媒质中的传播速度 为传播媒质的介电常数（真空介电常数为1）。l无线电波的波长、频率和传播速率的关系： 四四.在无线键盘和鼠标产品设计中在无线键盘和鼠标产品设计中l无线键盘和鼠标所属频段的无线电波在真空中的波长：四四.在无线键盘和鼠标产品设计中在无线键盘和鼠标产品设计中l无线键盘和鼠标所属频段的无线电波在空气中的波长（空气的介电常数为1.000585）：四四.在无线键盘和鼠标产品设计中在无线键盘和鼠标产品设计中l在真空中天线的设计长度：四四.在无线键盘和鼠标产品设计中在无线键盘和鼠
5、标产品设计中l在空气中天线的设计长度：四四.在无线键盘和鼠标产品设计中在无线键盘和鼠标产品设计中l比较天线在真空中的设计长度和空气中的设计长度真空中：1193.51257milLc1226.22511mil空气中：1192.81474milLk1225.50818mil 在实际应用中，由于电磁波和光波在真空中和空气中的传播速率几乎相差无几，故此在实际应用中不考虑空气的介电常数。应用光速作为计算用值。五五.无线电波的极化无线电波的极化l无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定规律变化的，这种现像称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂
6、直极化；如果无线电波的电场方向与地面平行，我们就称它为水平极化。六六.天线的方向性天线的方向性l天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。根据方向性的不同天线有全向和定向两种。l全向天线，即在水平方向图上表现为360都均匀辐，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向上表现为一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。l全向天线在通信系统中一般应用距离近，覆盖范围大，价格便宜场合。l全向天线一般增益都比较小，多在9dB以下。l全向天线设计较为复杂、增益很难提高、工程实现较为困难。l我们的无线键盘和鼠标产即应用此种全向天线。六六.天线的方向性天线的方向性六六.天线的方向性天
7、线的方向性l定向天线，在水平方向图上表现为一定角度范围的辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。l定向天线在通信系统中一般用于远距离通信，覆盖范围小，目标密度大，频带利用率高。l定向天线的结构形式有反射板的定向天线，也有通过阵列合成而成（阵列天线成本太高，特别是相控阵天线，一个移相器少则上千块，大的T/R移相组件高达数万块）的定向天线。增益通常可达20dB以上。六六.天线的方向性天线的方向性七七.天线的增益天线的增益l天线“增益”指天线最强辐射方向的天线辐射方向图强度与参考天线的强度之比取对数。如果参考天线是全向天线，增益的
8、单位为dBi。比如，偶极子天线的增益为2.14dBi 。偶极子天线也常用作参考天线（这是由于完美全向参考天线无法制造），这种情况下天线的增益以dBd为单位。l半波对称振子的增益为G=2.15dBi（dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源）ldBi=dBd+2.15 0dBd=2.15dBi dBm=10lg(P/1mw)七七.天线的增益天线的增益l增益特性：l天线是无源器件，不能产生能量，天线增益只是将能量有效集中向某特定的方向辐射或接收电磁波能力。l天线增益由振子叠加而产生，增益越高，天线长度越长。l天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。八八.天线的特性阻抗天线的特性阻
9、抗l无限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输线的特性阻抗，用Z0 表示。l同轴电缆的特性阻抗的计算公式为 Z。=60/rLog ( D/d ) 欧。 式中，D 为同轴电缆外导体铜网内径； d 为同轴电缆芯线外径； r为导体间绝缘介质的相对介电常数。 通常Z0 = 50 欧 ，也有Z0 = 75 欧的。 由上式不难看出，馈线特性阻抗只与导体直径D和d以及导体间介质的介电常数r有关，而与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗无关。八八.天线的特性阻抗天线的特性阻抗l定义：天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。 输入阻抗具有电阻分量 Rin 和电抗分量 Xin ，即 Zin
10、 = Rin + j Xin 。电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取，因此，必须使电抗分量尽可能为零，也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。事实上，即使是设计、调试得很好的天线，其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值。l调节馈线的阻抗，即将馈线当作阻抗变换器 。l常见的是使用天线调谐器、巴伦、阻抗变换器、包含电容和电感的匹配网络，或者如伽马匹配的匹配段。九九.天线的设计天线的设计l天线的设计目前有两种主要方法。 一种是经验法（此方法需有资深的专业人员设计，难度较大）； 另一种是仿真设计法。此法目前应用较广，适合于一般设计应用，是目前主要的天线设计方法。常用的仿真计算机软件有ANSY
11、S HFSS和Agilent ADS.前者为有限元法仿真；后者在移动通信领域应用较多。九九.天线的设计天线的设计lAgilent ADS应用：九九.天线的设计天线的设计lAgilent ADS:九九.天线的设计天线的设计lANSYS HFSS应用：九九.天线的设计天线的设计lANSYS HFSS九九.天线的设计天线的设计lANSYS HFSS全向天线仿真图十十.生活中常见的天线生活中常见的天线十十.生活中常见的天线生活中常见的天线十十.生活中常见的天线生活中常见的天线附：天线鉴赏附：天线鉴赏军军用用相相控控阵阵主主动动追追踪踪椭椭圆圆极极化化天天线线附：天线鉴赏附：天线鉴赏军军用用相相控控阵阵主主动动追追踪踪椭椭圆圆极极化化天天线线附：天线鉴赏附：天线鉴赏军军用用相相控控阵阵主主动动追追踪踪椭椭圆圆极极化化天天线线附：天线鉴赏附：天线鉴赏地地面面空空间间站站主主动动相相控控阵阵通通信信天天线线附：天线鉴赏附：天线鉴赏小小型型2.4GWIFI通通信信天天线线附：天线鉴赏附：天线鉴赏民航飞机上有多少天线？民航飞机上有多少天线？附：天线鉴赏附：天线鉴赏中华神盾上的天线附：天线鉴赏附：天线鉴赏移移动动式式远远程程主主动动相相控控阵阵空空中中监监测测天天线线附：天线鉴赏附：天线鉴赏家用路由器用2.4G全向天线结束结束谢谢！
