单极子天线与对称振子天线的特性具有密切联系，实际应用中，由于单极子天线的馈电系统比对阵振子更简单，所以人们一般采用单极子天线【5】。 由前面的讨论知，半波长的对称振子天线或者的单极子天线可以调到谐振状态，并且其阻抗可以很容易与50的馈线匹配，方向性系数都比小的对称振子天线稍高。
平面单极子（monopole）天线是移动通信终端中常用的一种天线形式，它具有良好的阻抗特性和辐射特性。 对单极子天线而言，其有效高度表征了其辐射的强弱。因此有效高度是单极子天线的一个重要指标。当单极子天线高度较低时，输入阻抗呈现为阻容性，高容抗，低阻抗。若提高天线的电高度，辐射电阻将增大，损耗电阻也将下降，输入电容也会降低。单极子天线的电高度一般低于四分之一波长，辐射电阻也只有几个欧姆，所以为保证达到一定的辐射效率，在提高辐射电阻时还应设法降低损耗电阻。
图2-7 微带天线结构示意图
在通信、航空、航天、卫星和导弹应用中，天线的尺寸大小、重量、造价、性能、安装难易和空气动力学形态等都受到限制，常选用微带天线。
这种天线有薄的平面结构，通过选择特定的贴片形状和馈电方式或在贴片和介质基片间加负载以获得或调整所需的谐振频率、极化、模式、阻抗等各参量。
2.4.1微带贴片天线结构
图2-7所示为传输线馈电方式的微带天线结构，它由很薄的金属带以远小于波长的间隔h，
置于接地导电板面上而成，贴片与地板之间填充有介质基片。辐射单元通常刻在介质基片上。
微带贴片这样设计是为了在贴片的侧射方向有最大的辐射，这可以通过选择不同的贴片形状激励方式来实现。贴片可以是方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形等。
2.4.2 微带贴片天线辐射机理
8510w微带天线的辐射是由其导体边沿和地板之间的边缘场产生的。其辐射机理实际上是高频的电磁泄漏。一个微波电路如果不是被导体完全封闭，电路中的不连续处就会产生电磁辐射。当频率较低时，因为电尺寸很小，电磁泄漏小；但随着频率的增高，电尺寸增大，泄漏就大。再经过特殊设计，即放大尺寸做成贴片状，并使其工作在谐振状态。辐射就明显增强，辐射效率就大大提高，而成为有效的天线。
图2-8 微带贴片天线辐射原理图
设辐射贴片与接地板间的介质基片中的电场沿贴片宽度a方向和厚度h方向均无变化。仅沿贴片长度b方向有变化，其结构可见上图2-8(a)。则辐射场可认为是由贴片沿长度方向的两个开路端上的边缘场产生的，如图2-8(b)、(c)所示。将边缘场分解为水平和垂直分量，由于贴片长度，故两开路端的垂直电场分量反相，该分量在空间产生的场互相抵消（或很弱），而水平分量的电场是同相的。因此，远区的辐射场主要由水平分量场产生，最大辐射方向在垂直于贴片的方向。
由此分析可见，矩形微带天线，可用两个相距、同相激励的缝隙天线来等效。缝的长度为辐射片的宽度W,缝宽，两缝隙在空间产生辐射作用。这是微带天线的传输线模型分析方法的解释。
如果介质基片中的电场同时沿贴片天线的宽度和长度方向都有变化，这时微带天线可用贴片四周的缝隙的辐射来等效。
2.4.3 微带天线的主要分析方法
天线分析的基本问题是求解天线在周围空间建立的电磁场。求得电磁场后，继而得出其方向图、增益和输入阻抗等特性指标【6】。
微带天线的分析有许多方法，如传输线模型法(transmission-line)，谐振腔(cavite)模型法，全波(full-wave)模型法即矩量法，有限元法等。
传输线模型法是最早出现也是所有方法中最简单的，主要用于矩形贴片。其物理意义清晰明了，但是精度不够高且不易于模式耦合。
谐振腔模型法相对于传输线模型法精度要高，但比较复杂，可用于各种规则贴片，但基本上限于天线厚度远小于波长的情况。同时它也清晰明了的表达了物理意义且也不易于模式耦合。
矩量法是积分方程法的一种，积分方程法与腔模理论的基本立足点不同，它讨论的是开放的空间。积分方程法是以开放空间的格林函数为基础的，因此基本方程是严格的。因此，一般全波模型法是非常精确的，也是非常通用的，但它是最复杂的模型且物理意义不明显。
另外，有限元法作为一种数值方法也越来越引人注目，它和分域基函数矩量法一样，不受天线形状的限制，而且都引用了变分原理，并且形式更为直接。但有限元法所涉及的场量、单元和基函数的选择乃至表达式都和矩量法不同。有限元法的突出优点是得到的代数方程矩阵是稀疏矩阵，并且矩阵元素易于计算，但它却只能得到纯数值解。
在微带天线分析中，较流行的求解辐射场的方法有面电流法和口径场法两种。
2.4.3.1 由贴片上电流分布求辐射场
该方法首先是建立含贴片上电流分布的积分方程，在积分方程中将含有微带结构的并矢格林函数，然后由矩量法解积分方程求出电流分布，再由如下过程计算远区辐射场
pmma
矢量位 （2-17）
远场 （2-18）
图2-9 由贴片电流求辐射场时的分析坐标系统
2.4.3.2 由贴片两端的口径场和求远场
由口径场求远场的方法一般分两步进行。
图2-10 由贴片两端的口径场求远场
第一步：解内问题，由腔模理论方法求解贴片与底版间构成腔体内的电磁场分布，从而求得口径场和，如图2-10所示；
第二步：解外问题，由口径场求远场。
由腔模理论及模的口径场对应的磁流。可得矩形微带天线的远场式及E面、H面方向图函数。
（2-19）
（2-20）
（2-21）
（2-22）
式中，和为表示两个缝的口径面，和表示两口径面的外法向单位矢量，和表示两个口径面上的等效磁流密度，和表示两个口径面上的小面元到空间远区某点的距离。
2.4.4 微带天线的馈电方法
图2-11 主要馈电方式模拟
对微带天线进行馈电的常用方式主要有微带线馈电和同轴线馈电，如图2-11（a）和（b）所示，此外还有耦合馈电，如图2-12所示。香港特别行政区区徽
2.4.4.1 微带传输线馈电
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微带传输线馈电的馈线与微带贴片是共面的，且具有较窄的宽度，因而馈电制造简单，易于匹配，也易于建模，但是会产生更多的表面波和寄生辐射，在实际应用中干扰天线方向图，降低了增益，限制了带宽。为此，一般要求微带线宽度不能宽。同时还要求微带天线特性阻抗要高或基片厚度要小，相对介电常数要大。
2.4.4.2 同轴线馈电
这种馈电方式是将同轴线内导体接到辐射贴片上，外导体接到接地面。同轴线馈电也具有制造简单，易于匹配的优点，同时寄生辐射比较低。但尤其在介质层比较厚时，它的带宽比较窄，而且其结构不便于集成，建模相对难些。
2.4.4.3 电磁耦合馈电
为了克服馈电系统自身的不对称性会产生高次模而导致交叉极化人们引入了传输线耦合馈电和小孔耦合馈电，如图2-12（a）（b）所示。小孔耦合馈电
（a）耦合孔耦合 （b）耦合馈电
图2-12 电磁耦合馈电
2.4.5 微带贴片天线的设计
2.4.5.1 微带天线的边缘效应
对于微带贴片来说，在贴片的边缘将产生边缘效应。如图2-13(a)所示的微带传输线，其电场分布如图2-13(b)所示。大部分电力线在两种介质中的分布是不均匀的。当及电力线主要分布在介质中。这时边缘效应使微带传输线的电尺寸比其实际尺寸要大。当部分波在介质中传播、部分在空气中传播时，这时就需引入有效介电常数来说明边缘效应和波在传输线中的传播。
大多数情况下，有效介电常数可表示为
（2-23）
（a）微带传输线 （b）电力线 （c）有效介电常数
图2-13 微带传输线的边缘效应
人文主义的内涵
2.4.5.2 微带天线的有效长度，谐振频率，有效宽度
由于边缘效应，贴片的长度沿贴片的长边的两端分别被拉长了，它的大小与有效介电常数以及宽度和高度的比值()有关。其切实有效的估算关系由下式给出
（2-24）
当贴片长度在两端分别延长时，贴片的有效长度为
（2-25）
对主模模，微带传输线天线的谐振频率是和长度有关的函数，由下式给出：
（2-26）
c是自由空间的光速。当考虑边缘效应时，就要由下式计算得出
= （2-27）
其中，，被称为边缘因子。当介质的高度增加时，边缘因子将加强，从而导致增大同时谐振频率降低。
2.4.5.3 微带矩形贴片天线的设计步骤
经过上面的简单介绍，若已知的参数有，（Hz）和，要求W和L。设计步骤为：
（1） 为了产生有效辐射，实际中能够产生非常好的辐射效率的宽度，是由下式给出：
（2-28）
（2）由式（2-23）求出微带传输线有效介电常数.
（3）将式（2-28）中的W代入式(2-24)求出L。
（4）由式（2-25）解出实际的长度L。
第3章 手机天线技术
手机是应人们的通信需求而生的，因此手机天线的相关技术务必需要使手机的工作能够满足移动通信的要求，而手机天线的各参数与性能也因此受到一定的规范与限制。随着通信业务的不断拓展，对手机能同时满足几个频段使用的要求也越来越成为必然。为实现这一要求，就需要相应的手机天线技术进行支撑。
表3-1 一些典型无线通信应用的频段
典型无线通信应用 | 频率(MHz) | 带宽(MHz) |
GSM900 | 890-960 | 70（7.6%） |
DCS-1800 | 1710-1810 | 170（10.3%） |
陕西省公众信息网PCS-1900 | 1850-1990 | 140（7.3%） |
ISM2450 | 2400-2483 | 83（3.4%） |
| | |
3.1 手机天线的基本特性
3.1.1 移动通信对手机天线的基本要求
外在要求：结构尺寸小，重量轻，剖面低，便携，机械强度好；
电性能要求：水平面要求有全向或近似全向的远场辐射方向图，频带宽，天线效率高，增益高，受周围环境影响小，对人体辐射伤害小【7】。
3.1.2 手机天线的指标及意义
（1）输入阻抗。
这一参数对天线的辐射效率有很大意义，对天线的带内增益波动和天线前端的功率容量有很大的影响。
手机天线是一种驻波天线，由阻抗匹配相关理论知，如果阻抗不匹配，端口将会有大量的信号反射，从而使天线的辐射效率降低；同时由于反射的影响使得天线在宽频带内的增益有抖动。所以目前对天线的驻波要求，一般要求为小于3。如果天线的驻波VSWR大于3，手机前端的击穿电压将降为原来的1/VSWR，而功率容量就会成平方比下降。
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