移動終端的天線設計技巧

移動終端幾乎都是使用小型天線，它的缺點是低效率、窄頻寬，為了確保天線的性能，因此天線小型化有一定的極限，然而如此一來卻違背移動終端小型化的時代趨勢。所幸的是天線使用的元件大多是可以創造空間的導體，若與波長比較的話，只要導體具備一定大小，基本上就可以當作高天線使用，例如類似移動終端外殼等結構就符合以上條件（圖1）。

　　目前移動終端使用頻率大多介于800mMHz～2GHz之間，波長相當于150～350nm左右，因此100～200mm的終端尺寸對小型天線非常有利，也就是說只要巧妙應用移動終端的機殼，就可以獲得小型、高性能的天線功能，有鑒于此本文以移動終端的機殼當作天線使用為例，依序介紹地表數位播放用天線與PDC（Personal;DigitalCellular）用Diversity天線的設計技巧。

　　移動終端天線的特征

　　如上所述低效率、窄頻寬是一般小型天線的主要缺點。天線的比頻寬（以中心頻率制定的頻率范圍）與天線大小有密切關系，小型天線的頻寬則與天線的體積呈比例關系。天線的效率可以用下式表示：

　　η=Pr/（Pr+Pd）

　　η：天線的效率。

　　Pr：放射功率。

　　Pd：損失功率。

　　由上式可知如果縮任意小天線大小的話，Pr會比Pd小導致放射效率大幅降低，這種現象尤其是天線附近的電磁界更加明顯。圖2是提供相同電力給兩種天線時，天線附近的實際電界分布狀態，圖中的單極（Monopole）天線高度為λ/4（此處λ表示天線頻率的對應波長）屬于中等大小天線，此時單極天線最大強度大約是-20dB；相較之下逆F天線的高度為λ/10屬於小型天線，此時F天線最大強度則只有0dB，由此可知即使相同電力隨著天線大小的差異，天線附近的電界（電壓）分布狀態則截然不同，同樣的磁界亦即電流強度也不相同。對小型天線而言構成天線的導體與天線周圍的空間，若是屬于有耗損性的媒體時，會就導致極大的電力（功率）損失，相對的效率也會急遽劣化。

　　天線的等化G與物理長度L可以用下式表示：G=8log（2L/λ）（dBd）（dBd）為接收電波時的強度（與半波長Dipole比較）指標。此處若將頻率為/20nm移動終端的天線等化代入上式，可以求得-7.7dB左右的（理論）效率，然而實際上移動終端的效率大約只有-1dB。

　　圖3是移動終端周圍的電界分布狀態，由圖可知若對天線施加脈沖電界，天線周圍的電界會隨時間改變，例如右圖的電界強度除了天線之外，機殼本體的電界強度也會隨時間改變增大，換句話說只要巧妙應用移動終端機殼的電波放射特性，即使小型天線也可以獲得預期的效果。

　　一般數位地表波播送使用波長為400~600nmUHF（UltraHighFrequency）的頻寬，然而實際上物理特性上限制，使得一般傳統移動終端得天線不容易小型化，因此將移動終端機殼的改成抽取或是折疊設計，形成如圖4右側直接激振天線。

　　接著在波暗室內實際測試上述兩種天線的水平面內放射pattern，必需注意的是天線的特性極易受到包含人體在內使用環境的影響，因此測試時被測天線必需遠離人體，此外電波幾乎是從水平方向入射，所以本測試是以水平面內的放射pattern作為討論對象。

　　圖5是各天線在波暗室內測試獲得的結果；表1以Dipole天線作比較基準時的等化平均值，由表1的計算結果可知傳統Monopole天線與Dipole天線具備-2.5~2.8dB相同程度的平均等化值。