便携无线产品中的小天线设计

　　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这两类天线之外，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。与此对照的是，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年的时间内，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。

　　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。

　　例如，英国Sarantel公司的Geohelix天线采用独有的陶瓷材料和形状，与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，因流进天线的电流总和为零，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。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。

　　例如，Antenova已开发出一种用于无线LAN、覆盖2.4到2.5GHz和4.9到5.9GHz双频段的双带混合IEEE 802.11a/b/g天线，它具有4×4×20mm的体积(见图3)。

图3：Antenova的高电介质混合天线在一个紧凑封装内提供多带性能

 　　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%、峰值增益高于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。

　　作为来自同一家供应商Centurion Wireless Technology(现Laird Technologies的一部分)的块状和分立天线的一种对比，Centurion提供一种能被附着在产品外壳内的微带块天线。它工作在2.4到 2.5GHz频段、43×43×1.65mm大小。在工作频带内，该天线具有5.1dBi的增益和小于2.5:1的VSWR。Centurion相同频带的BlackChip表贴天线的增益大于2dBi、VSWR小于2:1、8×6×2.4mm大小。

　　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。