关于倒F形“PIFA”天线的问题.

05-08

本人是新手，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以后，那么，这个主板不就成了天线?
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了?

PIFA天线

还有这个蓝牙耳机，同样是用PIFA天线的，接地同样接到主板上，请问，整个主板是不是成了天线了?

?没人回答下吗?失望

专业翻译区有几篇这方面的翻译文章，你可以看看，很经典

你所在的时区，大家正在睡觉呢，怎么给你回复呢

这是52RD上的一位技术前辈“joezh1999”的回复：
1。PIFA天线是微带天线演变而来。很多的英文资料介绍Patch Antenna，建议看看基本原理。最简单的patch天线是一个金属片平行放置于地平面上，用同轴线或者微带线馈电即可。其辐射主要靠边缘场。假设该天线平行于大地放置，其形状为矩形，长边左右摆放，长边的长度为1/4波长。如果左边缘的场是从patch到地，那么右边缘刚好反向从地到将左右两个边缘的电场分解成水平和垂直分量，你会发现垂直分量抵消，水平分量加强。这样将会产生平行于地平面的线极化远场。就手机而言，pifa天线的主极化一般是平行于手机主地平面。此时，可以得到两个基本结论，1）这种天线的谐振波长为贴片长边的4倍（实际中请考虑介质的波长缩短效应，正比于1/sqrt(epsilon)；2）这种天线的辐射主要靠边缘。而边缘的场越往外倾斜，辐射越好（开放场）。这就是为什么PIFA天线的高度如此重要的原因。
2。加一个接地片（很多加在馈电附近）后，从微观角度来看贴片上的电流将改变流向，部分电流从右侧会流回来再回到地。这样天线的谐振频率就会降低，一般波长会在4倍于贴片长边和短边之和左右（同样要考虑波长缩短效应）。从另一个角度来说，馈电柱与短路柱是一段双线传输线。它将变换天线的阻抗。是一种变压器效应，它将部分容抗变换成感抗，从而使整个天线形成谐振。这段线越长（极限是长到1/4波长）其变化效果越明显（越敏感，实际中就是天线的高度增加）。传输变换原理大家应该清楚。当改变馈电柱和短路柱的横向尺寸或者他们之间的距离时，实际上你是在改变该段传输线的特征阻抗。也就相应地改变变换公式中平方的那部分。这就是为什么我们常说馈电电和短路的改变将比较大的改变天线的阻抗。同时也是为什么说PIFA天线一般可以不要匹配电路可以优化的（事实上，加匹配有时候会反而降低天线的传输性指标）。

陈志宁（Zhi Ning Chen）教授的著作《Broadband Planar Antennas Design and Applications》第四章专门论述的PIFA天线，其中谈到了PIFA天线的发展演化：Development of PIFA from monopole, planar monopole and microstrip patch antennas.
本书在本站有下载：http://bbs.mwtee.com/viewthread.php?tid=14272&highlight=Broadband%2BPlanar%2BAntennas%2BDesign%2BApp

PIFA天线最早源自于King等人在1960年提出的“并联驱动式倒L天线”（R. King, C. W. Harrison, and D. H. Denton, “Transmission line missile antennas,”IRE Trans. Antennas Propag., vol. 8, no. 1, pp. 88–90, Jan. 1960.）。
King，和之后的Guertler，从基本原理当中推导出天线的特性，例如驱动点阻抗和方向性。（R. Guertler, “Isotropic transmission-line antenna and its toroid-pattern modification,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 25, no. 3, pp. 386–392, May 1977.）
关于PIFA天线的工作原理，IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 54, NO. 1, JANUARY 2006上刊载了一篇文章，非常经典-《Radiating and Balanced Mode Analysis of PIFA Antennas》，作者是Kevin R. Boyle & Leo P. Ligthart。文章用辐射与平衡模的理论来分析了PIFA天线的工作机理，同时推导出了一些很重要的结论，如：
辐射模直接显示PCB对于辐射和带宽的影响程度。平衡模表明，短路引脚相当于一个具有并联电抗作用的阻抗变换器。重要的是，它还表明，PIFA天线顶部薄片上的狭槽在其开口紧靠馈电点时，相当于提供串联电抗。
PIFA天线的短路引脚引入了并联电抗，起到了阻抗变换的作用，与折叠偶极天线中采用的方法相同。位于馈电引脚与短路引脚之间的天线顶部薄片上的狭槽，能够容许阻抗变换与并联阻抗的独立变化。当狭槽为λ/4长时，可以适度地双倍调谐自然串联的谐振天线。双倍调谐幅度的增加，可以通过填充馈电引脚与短路引脚之间的间隙，以及用一个适当的电容器谐振来实现。

我在微波仿真论坛给你的回复，就直接转到这里吧：
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

精彩，俺不懂天线，看了明白大半了

这是dipole天线如何由传输线演化而来：

这是monopole的工作机理-镜像原理，所以monopople的辐射特性类似于dipole

这是PIFA天线的演化过程：

看看上面的演化过程，LZ想想，将dipole天线的一个臂变成参考地，另外一个臂是不是成了monopole?然后再将这个monopole进行一定的阻抗改善，加入一个接地脚，再进行顶端加载，monopole是不是变成了PIFA?而之前那个变成参考地的臂，是不是也是天线的一部分呢?
LZ再观察一下PIFA天线的辐射场形，是不是发现有些似曾相识呢?如下图：