蜂窝天线和PCS天线

　　蜂窝天线和PCS天线一般是指用在蜂窝移动电话和个人通信系统(PCS)中的天线.它包括两种类型:基站天线和手持终端机天线. 目前，基站普遍使用的是全向天线或者扇区天线，这些天线具有固定的天线方向图形式.天线都具有方向性和增益特性. 天线的方向图表示的是空间角度与天线增益的关系，对于全向天线来说，它的方向图是一个圆；对于阵列天线，可以通过调整阵列中各个元素的加权参数来形成更具方向性的天线方向图，形成主瓣方向具有较大增益，而其它副瓣方向增益较小的形式。智能天线正是一种能够根据通信的情况，实时地调整阵列天线各元素的参数，形成自适应的方向图的设备。这种方向图通常以限度地放大有用信号、抑制干扰信号为目的，例如将大增益的主瓣对准有用信号，而在其它方向的干扰信号上使用小增益的副瓣。 而智能天线将具有根据信号情况实时变化的方向图特性.天线方向图的增益特性能够根据信号情况实时进行自适应变化的天线称为智能天线。与普通天线以射频部分为主不同，智能天线包括射频部分以及信号处理和控制部分。同时，由于终端在尺寸和成本上的限制，所以目前对于智能天线的研究主要集中在基站侧。在使用智能天线的系统中，系统将能够以更小的刻度区别用户位置的不同，并且形成有针对性的方向图，由此化有用信号、化干扰信号，在频率、时间和码字的基础上，提高了系统从空间上区别用户的能力。这相当于在频率和时间的基础上扩展了一个新的维度，能够很大程度地提高系统的容量以及与之相关的其它方面的能力（例如覆盖、获取用户位置信息等）。手持终端中的天线要小而轻，且具有两个正交极化特性，所有主面的辐射方向图应是准全向的，在许多应用中，还要求带宽要宽，人体对天线的影响和对天线的电磁能量的比吸收率(SAR)都应尽可能地小。而且，人们总希望能将天线集成到便携通信设备的印制电路板或外壳上。外装式天线(多为伸缩式)，如单极天线和螺旋天线目前广泛应用于便携通信设备，尤其是PCS和蜂窝移动电话上。外装式天线有许多缺点：不能集成到印制电路板或设备外壳上，增加了设备的总尺寸；易于折断和弯曲，需小心维护；天线比吸收率高且难于屏蔽，人体对天线的性能影响较大；仅有一种极化特性，电气性能较差；外装天线，尤其是螺旋天线难以批量生产，需要匹配电路，使成本和损耗都增加。可伸缩的外装式天线还存在天线可伸缩多少次的物理极限；伸缩天线在处于某一中间位置时，天线在电气上并未与电话机相连；外装式天线通常要求一个内装分集天线来解决衰减问题。另外，对于外装式天线来说，通过隔离接收与发射频段来消除双工器或要做到设计简单是很难的。

　　与外装式天线相反，内装微带天线可被集成到通信设备的印制电路板和外壳上。这种天线具有机械刚性，不易被损坏；它们被固定在通信设备内部，不额外增加设备尺寸；不要求用户在使用时小心维护天线，当然，也不会因使用电话而担心损坏天线；而且，采用高水平的屏蔽技术来屏蔽天线，使其SAR值非常小，而天线几乎不受人体的影响。

　　目前，减小蜂窝移动电话天线与人体之间相互影响的有希望的技术就是采用内装天线，微带天线被认为是这种应用的选择。微带天线可提供50Ω的输入阻抗，不需要匹配电路或平衡转换器，还可相当容易地进行反复的批量生产。而且，微带天线可通过耦合馈电，因而不存在天线与射频电路之间的物理限制。在隔离接收与发射频段方面也相当简便，可以消除双工器或至少可使设计更简单。此外，若采用E场和H场元件分集技术，则不必附加独立的分集天线。还可以设计出PCS／蜂窝移动电话用的双频段内装集成微带天线。

　　常规微带天线并不满足小尺寸手持通信设备的许多要求，但通过对其许多参数进行优化可减小天线尺寸，降低费用，增宽带宽，使其具有两种极化选择特性，改善全向辐射特性，减小天线与人体的相互影响。国外已对能使传统天线满足便携通信设备要求的可能技术和改进进行了大量研究。

　　个众所周知的技术是将传统的半波长微带天线尺寸减少50%，即将零位等效面短路。采用局部短路微带天线可大大减小已缩短的1／4波长天线的尺寸。在这种情况中，仅对零等效面一小部分短路，而不是全部主面短路。在批量生产中，局部短路微带天线的反复制造性差，因此，需对局部短路进行模拟，由短接柱代替。这些短接柱的数量和尺寸对谐振频率有着不可忽视的影响，要优化选择。

　　重的参数之一是微带天线的接地面尺寸。缩短接地面尺寸可减小天线尺寸，改善天线的全向辐射特性，也可降低天线邻近人体效应。但是，缩短常规微带天线几何边缘接地面会降低天线的效率，需采用非常规的结构，如双层C型贴片微带天线。改善微带天线带宽的常用方式是增加厚度或采用平面／非平面层状无源器件，但这种技术会使天线尺寸增大。驱动单元和天线无源单元的长和宽通常在一个半波长到1／4波长范围内。根据以上的研究，国外已开发出一种PCS／蜂窝移动电话内装的小型宽带微带天线。这种天线将窄小的驱动单元与几何形状不同的平面层状窄小无源器件相结合，如图1所示。通过对这种天线的几何结构的配置和组合进行设计和化，可将其装在PCS／蜂窝移动电话内部，如图2所示。

　　图1　小型宽带微带天线

　　图2　装在蜂窝移动电话内的天线

　　开发出的这种微带天线的电介质常数为6，蜂窝移动电话的内装天线尺寸30×30×3(mm)，PCS用天线为15.0×15.0×1.5(mm)。驱动单元为带三角形孔径的C型贴片，无源单元是带矩形孔径的C型贴片。旋转损耗约为－10dB，带宽为8.5%，覆盖了全部的蜂窝通信频段，天线的输入阻抗为50Ω，不需要匹配电路和平衡转换器，可直接与双工器连接。它的方向图是准全向的，天线对垂直和水平极化波的灵敏度均高。通过场实验、微波暗室测量以及邻近人体和自由空间测量，证明了这种天线与人体之间的相互影响很小，优越于外装式天线。

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