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关于倒F形“PIFA”天线的问题.请求

05-08
人是新手,刚来这里发帖,希望大家多多指教。
  一直都想了解倒F形“PIFA”天线的原理,可是一直找多找不到,现在来这里来请教啦。
  大家多知道,倒F形“PIFA”天线一般都要接地的,其自带短路针。那么,如果短路针接到主板(金属部分)以后,那么,这个主板不就成了天线了?
如下图,下面是一个鼠标的蓝牙模块天线,其采用PIFA天线,估计图上红圈的那里是短路针,那个短路针接到了主板上了,那么,整个主板不就成了天线?
还有一个蓝牙耳机,同样是使用PIFA天线,其天线也是    直接接到主板上的金属面上,在此请问,接到主板上的金属上,整个主板不就成了天线了吗?



  • 看看微带天线的书?

    PIFA天线不是微带天线就能解释得了的。
    另外告诉LZ,主板确实是天线的一部分,如果主板参考地的尺寸有变化,对PIFA天线的性能影响很大。下面是一些学者研究的结论:
    M.-C. Huynh and W. Stutzman教授的结论:
    ●  在地平面的尺寸低于一个特定值之前,PIFA天线地平面尺寸不会对天线谐振频率产生显著影响。对于方形地平面,显著影响会发生在L<0.2λ时。
    ●  在方形地平面上L<0.8λ,或在矩形地平面上L<0.4λ时,带宽会变窄(小于8%)。
    ●  地平面L<0.4λ时,增益会减小。
    ●  地平面尺寸对天线辐射场形有重大影响。
    ●  有限小型的地平面尺寸会在地平面所在面上引入强烈的交叉极化。
    Wong Kin Lu(翁金辂)教授的结论:
    ●  阻抗带宽随着地面长度的变化而受到极大的影响。存在一个最佳地面长度,PIFA天线可以得到最大阻抗带宽。
    ●  地面宽度存在一个临界值。当地面宽度小于临界值时,PIFA天线的阻抗带宽和中心频率会发生非常剧烈的变化。
    关于PIFA天线,在微网(http://bbs.mwtee.com/)的专业翻译区有一些IEEE论文翻译,有涉及PIFA天线的,可以参考下,比如这篇《地平面对PIFA天线性能的影响(M.-C. Huynh and W. Stutzman)》:
    http://bbs.mwtee.com/thread-18666-1-2.html

    个人理解,PIFA天线是微带天线的变形
    地大小的影响远没有地位置对PIFA影响大,
    建议仿真的时候看看地的电流,只要是地的大小包含电流最大部分,地的大小对PIFA的影响是很小的
    要是短路针或是馈电正好在地的边缘,那么地的大小就会对PIFA产生很大的影响

    PIFA天线可以从微带天线角度来进行一定的分析,但是有其局限性。陈志宁教授在他的著作《Broadband Planar Antennas Design and Applications》的P141上有介绍PIFA天线的发展演化,谈到了有三种天线都可以演化为PIFA天线,单单一个微带天线,恐怕难概其全貌吧?其中附图如下:



    同时陈博士建立了PIFA天线的模型:



    并谈到有多个参量影响PIFA天线的性能,其中就有“the size and shape of the ground plane – LgWg”。
    我不否认,馈电点与接地点的位置对PIFA天线有着极大影响,你却表示“地大小的影响远没有地位置对PIFA影响大”,而且还认为存在“地的大小对PIFA的影响是很小的”情况。这两个观点恐怕都有待商榷。
    M.-C. Huynh and W. Stutzman的文章《Ground plane effects on planar inverted-F antenna (PIFA) performance》中,偏偏馈电点和接地点都在地平面中央,如图:



    他们却偏偏得出了“在地平面的尺寸低于一个特定值之前,PIFA天线的地平面尺寸不会对天线谐振频率产生显著影响。”换句话说,如果地平面的尺寸小于特定值,将对PIFA天线产生重大影响,无论你放在哪里!

    翁金辂教授在他的著作《Planar Antennas for Wireless Communications》P6569中讨论了地平面对于PIFA天线性能的影响,他建立的模型,同样也没有把馈电点和接地点放在地平面边缘,如图:



    而他得到的结果是:



    他得出的结论:
    地面尺寸对PIFA天线的影响已经得到研究,并发现改变地面的长度或者宽度,PIFA天线的阻抗带宽会发生显著变化......此外,地面宽度也存在一个临界值。当地面宽度小于临界值时,可以观察到阻抗带宽会发生相对非常剧烈的变化。

    thirey朋友,你的观点:“建议仿真的时候看看地的电流,只要是地的大小包含电流最大部分,地的大小对PIFA的影响是很小的。要是短路针或是馈电正好在地的边缘,那么地的大小就会对PIFA产生很大的影响”,能不能给出相应的论据予以证明?谢谢。

    关注中``````

    那么,上图的短路针不像普通的一样,是直接从辐射贴片那儿弯弓下来到地的,如图


    请问,这么办的话,整个主板是不是充当了天线了?
    谢谢啦

    楼上,可以这么看,主板是参与了辐射。但不是因为接到了短路线的原因,根据前面magic举出的演变,短路脚所起的为阻抗调节作用。可以去找他推荐的两本书对应地看看。

    密切关注中!

    是自己做的仿真的结果
    参照微带天线,要是地的大小大于贴片和天线高度的和,那么基本上地的大小就没什么影响
    你说的那个例子,天线高度是6mm,离其中一个边的距离是3.5mm,我认为这是地的位置对天线影响很大的
    不信你可以同样的地大小,左右移动地来看看
    还可以不改变左边地的大小,增加右边地的大小,看看结果

    thirey同学,这里讨论的是PIFA天线,不是微带天线。前面我已经举出例子佐证了,有三种天线都可以演化发展为PIFA天线!你可以从微带天线的角度来进行一定地理解,但不能生搬微带天线的特性来描述PIFA天线吧,否则你置其它几种演化过程于何处,你觉得单单一个微带天线,足够描述PIFA天线的特性吗?
    再者,我前面已经声明了,不否认PIFA天线在地平面上的位置对天线性能有重大影响。而我的观点是,PIFA天线所在地平面的尺寸大小也是一个重要影响因素。
    你说:“要是短路针或是馈电正好在地的边缘,那么地的大小就会对PIFA产生很大的影响。”结果呢,Stutzman教授的论文恰恰就是用的就是在天线放在地平面中央馈电的模型,原文中的贴片不过20mm*20mm,而所选取的地平面分别为:20,40,60,80,100,120,140mm,怎么再和地平面的边缘扯上关系呢?而Stutzman教授却在此基础上得出了地平面尺寸是PIFA天线一个重要影响因素的结论。你的观点与Stutzman教授的正好相悖,怎么解释?
    你说:“要是地的大小大于贴片和天线高度的和,那么基本上地的大小就没什么影响。”
    我对此质疑:
    第一,请问该观点出自何处,有无论据支持?如果是其他学者的研究结果,请给出原文。如果是你原创的观点,请给出你实验的数据来印证。我想,什么都比不上证据有说服力,对不对?
    第二,这两位学者的研究中都用到了谐振频率的波长λ来量化分析。你的这个观点为什么看不到用具体的数据来量化阐述呢?
    第三,Stutzman教授的模型中,贴片20mm*20mm,天线高度为10mm,而所选取的地平面分别为:20,40,60,80,100,120,140mm,后面几个选取的地尺寸,其大小比所谓的“贴片和天线高度的和”大多了,但是还不是对天线性能有着重大影响吗?
    你的这句:“不信你可以同样的地大小,左右移动地来看看。还可以不改变左边地的大小,增加右边地的大小,看看结果”。根本没有正面回答我的问题嘛。我之前说过了啊,承认PIFA天线在地平面上位置的重要性。我说的是天线在地平面的位置不变,改变地平面的尺寸会对PIFA天线有重大影响,而且是存在临界状态的。Stutzman和翁金辂都是在保持天线在地平面上的位置不动,改变地平面的尺寸大小来推导出他们的结论的。

    题外话,thirey,上次那个问题你还没回答我呢,咋用双工器实现WIFI和BT这两个完全不同的模块共用一个天线,我很想知道。
    不过先把本帖中的问题解决了吧。

    我只是在一些应用上看到了,具体方法我也不知道,毕竟自己也不是搞这个的

    我说的也只是个大概
    远场可以由天线和地的电流通过傅里叶变换得来,要是对这个有异议可以看看电磁场的书
    至于你说的Stutzman教授的模型,如果PIFA在中间的话是不是在60mm以后影响就小了呢,请给出说明,虽然没看过这本书但是想着应该是这样的

    看了你说的Stutzman教授的模型
    地平面的尺寸低于一个特定值之前,PIFA天线地平面尺寸不会对天线谐振频率产生显著影响。对于方形地平面,显著影响会发生在L<0.2λ时。 0.2个波长是32mm,我说的高度加长度是40mm
    地平面L<0.4λ时,增益会减小
    我说的60mm以后对天线影响小,0.4λ是64mm
    地平面尺寸对天线辐射场形有重大影响。
    这个微带天线书上有论证的,而且做过微带天线的都知道增大地大小会提高天线增益

    我已经举了例子,几种天线都能演化成PIFA天线,你觉得单一个微带天线,够不够分析PIFA天线?
    你说:“至于你说的Stutzman教授的模型,如果PIFA在中间的话是不是在60mm以后影响就小了呢,请给出说明,虽然没看过这本书但是想着应该是这样的”。
    第一,这不是一本书,这是M.-C. Huynh 和W. Stutzman发表在IEE上的论文,题名《Ground plane effects on planar inverted-F antenna (PIFA) performance》。
    第二,PIFA在中间的情况,地平面边长在增加到60mm以后,依然对天线影响很大,本文的图8,图9都可以证明这一点。
    如果我的言语当中有任何冒犯之处,还请多多包涵,谢谢。

    无论如何,感谢thirey同学和magicsissy的讨论,我了解了一些pifa天线。呵呵

    通过你们的讨论,我也对PIFA有了更深的认识,谢谢!
    这几天我一直在关注此贴,嘿嘿
    我是新人,继续关注中,呵呵

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    其实我是想说你连基本概念都没搞清,****************?建议*还是好好看看天线的基础书
    这些一些讲微带天线的书上说的很明白了,我其实一直纳闷你在说什么
    就你说的情况,难道小于0.2波长就会有影响谐振频率,大于0.2波长就没影响?0.199波长和0.201波长差别就那么大?
    这不可能给出准确值的,而且仿真结果和做出来的实物还是有差别的,仿真软件也是近似模拟
    第二种情况,地增大肯定会提高增益,我已经说的很明白了;地增大到0.4波长对天线增益基本上没太大影响,只是抑制了后向辐射所以增益会稍微提高,场型基本是一样的,那篇论文也写得明明白白,***************************
    至于说PIFA,wong也是一直按照微带天线的模型来分析的,这是PIFA的大牛,而且要PIFA肯定要看微带天线的,我**没说别的天线就不用看了,只是大家都按照微带天线的模型来分析,所以我建议lz看看微带天线的书,***********;***************************
    你说的双工器的那个,我确实是看到有报道上说能用一个天线,我也只是说这个应该能行,至于具体怎么回事,我*不是搞这个的,你要是有兴趣自己查资料**想去,********,*******************

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    原论文中图8是方向图,不是什么细微差别,而是差异极大。图9则是峰值增益,变化剧烈。*******************8?
    你说“地大小的影响远没有地位置对PIFA影响大..... 要是短路针或是馈电正好在地的边缘,那么地的大小就会对PIFA产生很大的影响”,结果呢,Stutzman教授的论文正好否决了你的说法。而你*又给不出事实依据,让别人怎么相信***?
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    very good..............................

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    那个共用天线我也就以前看过一片简介上说能共用,我也就说出来让lz看看,也算是提供一种思路,****
    我说了只要地包含电流最大的部分,地的大小就对PIFA的影响就没有地位置对他影响大了***
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    方向图那是后向辐射被抑制了所以会不同,但是没有剧烈变化吧
    地增大增益变大我也说了,增益变化大的也是在0.4波长前,这个文章上也说明了*******
    我说大概不对吗?那么多PIFA,你能确定地大小在0.2波长后频率就一定不变化吗?这个你要是能给个准的我就服你了
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    “只要地包含电流最大的部分,地的大小就对PIFA的影响就没有地位置对他影响大了”,你给出过解释证明没?****能否提供出处?
    原文说的是:“在地平面的尺寸低于一个特定值之前,PIFA天线地平面尺寸不会对天线谐振频率产生显著影响。对于方形地平面,显著影响会发生在L<0.2λ时”原文说的是方形地平面,前面还有一句,说的是特定值。你提到地平面边缘 与 贴片加天线高度,但没有给出任何证据来证明你的观点?
    你说“要是短路针或是馈电正好在地的边缘,那么地的大小就会对PIFA产生很大的影响”
    结果Stutzman用的模型就是PIFA天线放中间
    你说“要是地的大小大于贴片和天线高度的和,那么基本上地的大小就没什么影响”PIFA在中间的话是不是在60mm以后影响就小了呢”
    结果人家的结果是,60mm以后,峰值增益依然变化剧烈。
    **************争论 而 不是争吵 希望些贴能继续深入交流下去*****************

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    前面那个电流,学过电磁场的都知道,wong的几本书,微带天线的几本书,上写的很明白
    ”要是地的大小大于贴片和天线高度的和,那么基本上地的大小就没什么影响“,这个懂微带天线的都知道
    微带天线辐射是什么原理,你看仔细了再说
    还有就是你看看地足够大后,把天线挪向地边缘,看看什么效果?
    我也说了增益会随着地增大增大,你却说什么60mm以后,峰值增益依然变化剧烈......................

    你再看看清楚那文章的图9,L=60mm(0.391λ)的峰值增益在哪里,L=100mm(0.643λ)的峰值增益在哪里,高了2个dBi影响小?
    “还有就是你看看地足够大后,把天线挪向地边缘,看看什么效果”
    我最前面就说了,承认PIFA天线在地平面位置的重要性。你非要说什么PIFA天线在地平面边缘时,地平面尺寸影响才大。我说位置不变,改变地平面的大小对PIFA天线一样很大,哪怕你是放在中间。两位学者的论述中都是PIFA天线位置不变,改变地平面大小?

    都说了地大小肯定影响增益的
    地大小达到一定程度后,地大小的影响没地位置影响大

    “我说的60mm以后对天线影响小,0.4λ是64mm”这是你的原话吧,如何解释呢?

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