單極天線是豎直的具有四分之一波長的天線。該天線安裝在一個接地平面上，它可以是實際地面，也可以是諸如搭載工具車體等人造接地面上。單極天線的饋電是在下端點使用同軸電纜進行的，饋線的接地導體與平台相連線。在自由空間中，四分之一波長單極天線在垂直平面上的輻射方向圖與半波偶極天線在垂直平面中的方向圖形狀相似，但沒有地下輻射。在水平面上，垂直單極天線是全向性的。
基本介紹
- 中文名：單極天線
- 外文名：Monopole antenna
- 解釋：豎直的具有四分之一波長的天線
- 類屬：天線
- 特點：豎直的具有四分之一波長
- 學科：通信工程
設備介紹,平面設備設計,饋電點處理,邊長切角選取,材質比較,
設備介紹
為滿足軟體無線電和UWB(超寬頻)系統對天線的需求，有人想設計這樣一種天線—寬頻並且能筱蓋無線終端的全部所需頻段的天線。寬頻平面單極天線就是符合這種條件的天線之一。
平面單極天線能夠在很寬的阻抗頻寬上提供令人滿意的輻射性能，並且製作簡單，成本低廉。該類天線不僅能覆蓋GSM900,GSM1800/PCS1900,IMT一2000 , 2.45 GHz和5.8GHz的ISM頻段，而且能覆蓋1.9-10.6GHz的UWB頻段。
該天線安裝在一個接地平面上，它可以是實際地面，也可以是諸如搭載工具車體等人造接地面上。單極天線的饋電是在下端點使用同軸電纜進行的，饋線的接地導體與平台相連線。
在自由空間中，四分之一波長單極天線在垂直平面上的輻射方向圖與半波偶極天線在垂直平面中的方向圖形狀相似，但沒有地下輻射。在水平面上，垂直單極天線是全向性的。
四分之一波長單極天線根部的輸入阻抗為偶極天線阻抗的一半。輻射功率也為偶極天線的一半。
在某些移動和便攜設備上，四分之一的波長還是太大了，在這種情況下可以用增加天線的電感來增加天線的電氣長度，這種做法在天線的根部和中部都可以進行，或者也可以將整個天線做成線圈狀。
平面設備設計
平面單極天線的形狀可以是正方形、圓形、橢圓形或三角形。考慮到生產的方便性和實用性，本文僅研究正方形和正方形切角天線。製作天線的材料可以選擇0.5mm左右厚度的銅板或鐵板，切割成正方形。接地板可以選擇邊長100-200mm的正方形覆銅的印刷電路板。饋電處鑽一個4mm的園孔，安裝一個SMA插座，芯線露在接地板之上，作為天線的饋電點。將正方形平面天線垂直地焊接在SMA插座芯線之上，饋電點為平面天線底邊的中點，焊接時留出饋電間隙(FeedGap) h。
不切角的正方形平面單極天線阻抗頻寬較窄，但其四種變化的形式可以不同程度地展寬天線的阻抗頻寬。第一種變形，即在製作好正方形天線的基礎上，在底邊的一個角上用一根1mm直徑的導體或2mm寬的銅片和接地板相連，也稱短路支節(Shorting Post)，以下簡稱a形天線;第二種變形，即在底邊上的一邊截去一個三角形缺口，角度的大小可以為10°一64°不等，以下簡稱b形天線;第三種變形，即在製作好b形天線之後，在底邊的另一邊增加一個短路支節，如圖1(a)所示;第四種變形，即在製作好b形天線的基礎上，在底邊的另外一邊對稱地截去一個三角形缺口，以下簡稱d形天線，如圖1(b)所示。之所以將正方形天線作四種變形，根本目的是為了增加天線的阻抗頻寬，並且可以減小天線的尺寸。
圖1饋電點處理
根據大量的實驗發現，平面底邊和接地板之間的間隙會影響整個天線的最大阻抗頻寬。對稱切角天線在切完角之後會留下一個尖角，尤其是切角度數較大時，適當地修剪留下的尖角可以明顯改善駐波比和阻抗頻寬，以65mm x 65mm平面對稱切角天線為例，切角度數為40°，修剪下角高度為3mm時，阻抗頻寬最優，其2 : 1 VSWR頻寬為6.38GHz，下限頻率為1.99GHz，上限頻率為8.37GHz。
邊長切角選取
為得到天線邊長和切角與阻抗頻寬之間的關係，使用網路分析儀對邊長35-65mm的7種銅質a形天線的阻抗頻寬進行了測量，得到天線邊長和2 : 1VWSR阻抗頻寬的關係。隨著天線尺寸的增大，天線的阻抗頻寬的上下限頻率都會減小，並且阻抗頻寬也會隨之減小。
材質比較
製作天線所使用的材質有兩種:0.5mm厚的銅板和0.2mm厚的鍍錫鋼板。將這兩種材質製作成同樣形狀的天線。
根據統計發現，同樣形狀的天線，0.2mm的鍍錫鋼板天線比0.5mm的銅板天線的阻抗頻寬要窄5%-10%，但是按照製造成本來說，鍍錫鋼板天線的性價比要比銅板天線高許多。製作成本低是平面單極天線的又一大優點。
