pifa天线

无线接口

SMA是Sub-Miniature-A的简称,常用的无线路由/无线网卡的SMA的天线接口全称应为SMA反极性公头，就是天线接头是内部有螺纹的里面触点是针（无线设备一端是外部有螺纹里面触点是管）。这种接口的无线设备是最最普及的，70%以上的AP、无线路由和90%以上的PCI接口的无线网卡都是采用这个接口，这个接口大小适中，手持对讲机等设备也有不少是这个类型，但里面的针和管却与标准SMA的无线设备相反的。采用这个接口的无线AP和无线路由包括了大部分的民用设备。TP-LINK、DLINK、美国网件、贝尔金等等品牌，只要是天线可拆卸的，基本上都用的这个接口。SMA的天线接口就应该是SMA，并且SMA和RP-SMA不同的。SMA分为很多种，极性方面的差异一个叫“SMA”，另一个叫“RP-SMA”，他们之间的差别就是：标准的SMA是：“外螺纹+孔”、“内螺纹+针”，RP-SMA 是：“外螺纹+针”、“内螺纹+孔”。

SMA-J 或SMA male 称为标准sma公头. SMA-K或SMA female 称为标准sma母头.

是一种典型的微波高频连接器。其使用最高频率是27GHz。

SMA 连接器是一种微型连接器，可使用于最高18GHz/26.5GHz的条件下。其具有高力学强度、高耐久性、高可靠性及低VSWR等显著特点。SMA连接器在各种微型回路包括密封结构的使用条件下是最佳的选择。SMA连接器可以使用于各种不同的场合。例如测量测试、移动通信、电子设备等等。

SMA主要性能指标：

1).特性阻抗：50 Ω

2).频率范围：配柔性电缆0~18GHz

配半柔、半刚性电缆0~26.5GHz

3).接触电阻：内导体≤3.0m Ω

外导体≤2.0m Ω

4).绝缘阻抗：≥ 5000M Ω

5).介质耐压：1000V

6).电压驻波比：配柔性电缆≤ 1.15+0.02配半柔、半刚性电缆≤ 1.10+0.02

7).耐久性：500次

8).执行标准：MIL-C-39012

摘要平面倒F天线（PIFA）因为它紧凑的尺寸和低姿态而深受便捷式无线设备的欢迎，PIFA 天线的设计操作靠一个地面，这个地面是天线集成不可分割的一部分。实际上，在很多PIFA 的应用中，地面尺寸是一个制约因素。关于安装在一个固定大小的导电盒上的PIFA

性能的一些工作已经被报导了。但是

1.引言

地面尺寸在天线性能的影响的研究可以追溯到20世纪50年代。大多数这样的研究都集中在固定有限的圆形地面上的monopole天线的特性。后来，地面在其他类型的天线上的影响也被研究了，包括microstrip天线。当前的应用需要固定在小型地面上的天线比如在手持通讯设备里发现的天线。这种地面最受欢迎的模型就是所谓的完美地面，这个地面假设（认为）地面是完美conductingplanal（平的/光滑的？）并且是无限的。进而，图像理论“……”。真正的地面通常是metallic，在形状上是平面的并且在范围上是有限的，这个有限的范围对于…结果是偏离于完美地面的。因此，关于在无限范围的地面上的天线模型，对于大多应用并不是足够准确的，一般来说，当平面和波长相比没有很大的时候，在电方向的性能将不同于那些在有限地面上的天线模型。平面倒F天线在小型通讯终端上的应用是很受欢迎的。比如手持的收音机。因为它们足够覆盖popular无线通讯带并且是低配置的6PIFA需要一个地面，同时这个地面应该很小以便于适应便捷的终端。

一些关于固定在一个固定尺寸的导电的金子上的天线工作已经发表了。但是，PIFA性能的多数研究，还没有被报告。作为地面尺寸的一个作用，或者作为一个在有限地面的天线位置和取向的作用。这篇文章讨论的结果来自一个固定在不尺寸和形状的地面上的便捷的PIFA全面研究。

2.地面尺寸对于便捷PIFA性能的影响

这篇文章给出的结果来自一个大范围的使用数值模拟关于有限地面对于PIFA性能的影响上探究：另外，为了确认计算结果还进行了测量。图1中的PIFA结构就是为了所有的computation和测量无论是模拟的还是测量的由一个正方形导电板组成的PIFA边长为20mm×20mm，以及一个5mm宽，10mm高的短路板选择这些维度是为了给出一个频率pcsband是1875MHZ一个无穷地面在波长方面是G=0.125λ，H=0.065λ和S=0.03125λ。当然，结果也可以用来对其他bands的应用频率。PIFA是固定在一个正方形地面的中心的。变量是边长L。下面的这些地面尺寸L就是用来测量无线的特性的：20,40，……140mm这个PIFA是…

图1带正方形导电板的PIFA的几何视图。G=20mm，短电路板的宽度和高度分别为S=5mm，H=10mm。PIFA安装在尺寸为L的有限正方形地平面上。

图2 Smith图表显示了图1中常规的PIFA计算和测量的阻抗。在图1中，PIFA安装在长为80mm的正方形地面中心，离开短电路板2.1mm远给传感器供电。

图3图1中常规PIFA的计算和测量的VSWR。在图1中，PIFA安装在长为80mm的正方形地面中心，离开短电路板2.1mm远给传感器供电。

图4在以波长为单位的不同尺寸的正方形地面下，常规PIFA计算和测量的谐振频率。

图5在以波长为单位的不同尺寸的正方形地面下，VSWR是2：1的常规PIFA计算和测量的阻抗频带宽度。

由一个带有传感器的SMA连接口组成，传感器半径0.635mm。

表现参量谐振频率、有小于2的VSWR的阻抗频带宽度、传感器位置和增益可以通过使用Zeland[10]的商业的力矩方法软件包IE3D来确定。

图2和图3代表性的反映了PIFA的阻抗特性，这里地面的尺寸L=80mm超过了PCS 的频率波段。在这个例子中，仿真谐振频率是2.62%低于实验模型的谐振频率，看图3。在计算值的和实验值之间有着很好的一致性，使得我们对力矩法计算模型的精度有了信心。关于谐振频率、频带宽度和增益的计算数据和实验数据都分别地展现在图4，5和6中，它们都是以波长为单位的地面尺寸的函数。

以前的工作表明一个阻抗天线随着地面平面的增加无限地平面的价值也有摆动，最终趋于完美地平面的阻抗，因为共振频率和和阻抗带宽与天线的阻抗有关，他们应该有同样的表现，这显示在图4和图5 中，图4显示了直到接地平面低于0.2l，天线的接地面积平面对谐振频率的影响不显著，但是，图5表明地面平面尺寸有对带宽的影响很强。流行的无线频段的要求约8%的带宽，这个带宽由至少L =0.8λ的广场地面平面获得。这比较大的接地平面的大小可能是PIFA的设计中的限制因素。

天线的辐射模式安装在每个点平面中心用来计算共振检查各接地平面辐射特性。模型还谨慎运用了弗吉尼亚理工大学室内电波暗室安装在一个方形平面L=80mm（0.5λ）的PIFA。图6所示，测量模式和IE3D模拟有很好的协调。这给了使用IE3D检查天线参数的置信影响。

图7显示了x-z模型的一些小的接地平面的计算结果，对于无限地平面的情况下，当接地平面的大小一样PIFA上板，在最大directivityoccurs地平线，由于天线的行为像一个短单极子和短偶极子，分别，这是已知的功率辐射的短路板单元的地方电流集中。在其他情况下，峰值方向从θ=315到θ=335的变化当平面尺寸是小于一个波长。

边缘衍射由于有限的地面平面介绍趋于两极化，如图8所示。对于无限大地面的情况下，或者接到地平面的大小和上板大小一样时，他们是纯粹的PIFA偏振方向的线性，类似于一个偶极子，和没有交叉极化出现在f方向。然而，交叉极化出现其他地面平面尺寸，可以成为显着的，如图8所示。值得注意的是，高交叉极化可以有用的应用中的天线的位置是随机的，如手持式需要线性极化响应性能好所有方向的装置。

指向性，采取的是等于增益，计算使用IE3D和绘制在图9作为一个地平面尺寸函数。可以看出，增益是强烈的地面平面尺寸的影响，而不是与地面平面尺寸均匀增加，依赖是复杂的。

图7 计算在图1的PIFA共振下的E0-元件辐射模式。（看表1对于每个例子的共振频率）在xz-正面图（φ=0°）平面尺寸为L=20mm（0.156λ），L=60mm（0.391λ），L=100mm（0.643λ），L=140mm（0.940λ），L=180mm（1.188λ）以及L=∞。参考图1的结构几何学。

（看表1对于每个例子的共振频率）图8计算在图1的PIFA共振下的Eφ-元件辐射模式。

在xy-偏振角平面（θ=0°）平面尺寸为L=20mm（0.156λ），L=60mm（0.391λ），L=100mm （0.643λ），L=140mm（0.940λ），L=180mm（1.188λ）以及L=∞。

图9计算在一组波长下传统的PIFA用各种各样的正方形平面尺寸时的最大增益。

在PIFA的平面尺寸与上金属板差不多时，增益是最少的。当平面尺寸增加时，顶点的增益扩大，在平面尺寸大约为L=0.9λ比一个波长少时，达到最大值。在此尺寸下增益是4.45dB，这个数值与无限平面的增益接近。在大多数无线手控应用中，3dB的增益是最常达到的。要达到3dB增益，PIFA平面的尺寸应该至少有半个波长（L=0.5λ），见图9。

之前讨论的是为一个传统PIFA安装一个正方形平面。矩形平面配置也被模拟并显示其运行状况与正方形的平面类似。平面尺寸的影响和形成共振频率、带宽以及增益通过模拟仿真研究出矩形平面尺寸要小于一个波长。为了一个固定的PIFA的尺寸，我们可以选择最合适的特质或者通过调整平面尺寸来改变它的共振频率。为了最适合的特质，矩形平面应该有一个约为0.45λ的长度L，在这种情况下，当PIFA的短路金属板对于平面的长是定向平行线，并且一个约为0.85λ的长L，此时当PIFA的短路金属板对于平面的宽是定向平行线。这个尺寸给同样的共振频率一个长的带宽和指令。同样的特质可以在一个正方形平面中看到，像图4、5和9所示。

关于PIFA安装在平面不同位置并且有着不同的方向的特质的调查研究也显示了。结果告诉我们，为了有高增益和长带框的最佳特质，PIFA应该安装在平面的一个角落，这个平面的宽上设有短金属板。

3 结论

大量的仿真模拟运用了IE3D和一个安装了有限平面的PIFA的测量值展示了研究平面尺寸以及形状的影响。电气学的性能在仿真和测量方面展现了非常好的一致。这个研究的结果应该对设计者寻找获得一个有着特定电气学特质的平面尺寸最小值非常珍贵。

对于PIFA平面特质的影响概括为以下几点：

没有必要注意在天线的共振频率下平面尺寸和形状的影响，除非平面在确定的尺寸之下，比如正方形平面在L<0.2λ时会发生。

增益在平面尺寸L<0.4λ时会降低。

平面尺寸对天线辐射图案有着重大的影响。

有限的并且小型的平面尺寸对于平面的金属板采用高度交叉极化。

有一个固定尺寸平面的PIFA的位置和方向也被研究。我们发现PIFA应该被放置于靠近平面角落，这里在平面的一边有短路金属板，此时能获得最佳增益和带宽性能。

手机天线设计的主要指标是小型化/多频化和内置化。平面倒F天线（PIFA）由金属地板/辐射贴片和馈电系统组成，其结构紧凑/成本低/制作容易，得到很广泛的应用。