- 天线的演化及物理原理

无天线技术的物理原理

无天线技术的一个关键点在于意识到将一个或多个微型天线增强器与辐射接地面结合在一起的重要性。接地面一般是金属平衡层，用于几乎所有的电子无线设备内，以提供稳定的零电压参考，同时屏蔽一些电磁干扰。接地面在大多数移动和无线设备中都已被集成到单极或贴片等不平衡的天线结构内，亦或是缩小版的倒F天线（IFA）以及平面倒F天线（PIFA）中。

对于这些典型的天线结构而言，接地面对整个天线辐射总是起着重大作用1。如今的新型无天线技术就是在发挥极限：接地面成为系统的唯一辐射元件，而增强器主要是平衡接地面的无功分量，使得电流形式的全RF能量被有的放矢地引入到辐射导电层上。

接地层通常与工作波长尺寸相当，支持多个辐射特征模式，从而能够同时辐射多个波长2。如此一来，由于辐射是从无线设备内部的接地面发出，天线元件被纯无功元件替代，原本的辐射天线换作了能够引发辐射但本身不产生辐射的组件，使得无线设备变为真正意义上的“无天线”。

无天线系统中的这些新无功元件正是所谓的天线增强器。天线增强器是微型无功元件，通常小于最长工作波长的1/20或1/30，可以方便地嵌入到表面贴装（SMD）部件中去3,4。图2就是一个市售天线增强器的例子。它可以采用电或磁性形式，其特征在于导体中具有小导体或小间隙，馈电过程类似于传统的电磁天线4。由于尺寸非常小，这些增强器显然是不谐振的，所以便需要一个匹配网络来为RF前端提供良好匹配。通过遵循微波工程匹配技术，设计恰当的匹配网络，增强器—接地面这一组合能够很容易实现几乎任意移动频段的多频带辐射性能。

图2：Fractus Antennas研发的CUBE mXTEND™天线增强器的体积仅为125mm3。

在许多无天线系统中，最重要的是增强器和匹配网络工作组件都要具有高品质因素（高Q值）。由于辐射主要源自接地层，增强器便基本沦为无功元件，需要具备低损耗以防止在接地层发出辐射前泄露RF功率。成功应用电增强器的设计方案包括使用块状固体金属元件和法拉第笼状金属结构2-4，具有与更大尺寸的定制PIFA或IFA天线相同的整体效率。

无天线系统的一个主要优点是整个系统的频率响应是通过匹配网络而非天线结构和几何形状来实现定制的。一个标准的SMD天线组件，匹配网络通常包含三到七个组件，较常规PIFA天线的一至三个而言稍复杂，从而使得698至2690MHz频率范围内的任何频率响应都能够实现。因此，天线/微波工程师们现在需要转向为每个特定的无线或移动设备设计合适的匹配网络，而不是努力在改变天线形状以匹配无线设备内部结构的同时提供所需的辐射性能。通过摒弃天线这一环节，无线/移动应用设计达到了前所未有的快捷、简洁、可预测。