UHF低功率小型天线的设计要点[1].doc

UHF低功率小型天线的设计要点 前言 谈天线 天线格调 天线的特性 鞭状天线 短鞭状天线 平面螺旋天线 前言? 最近有几个小型的无线电网络系统正在发展当中，比较有名气的包括有蓝芽系统(Blue-Tooth)及Home RF等，这些都是微功率的通讯系统，自然也会大量牵涉到选用的天线系统。 另外，不论是保全或者是汽车遥控等其它民生用途，也应用到许多的微功率无线电通讯。还有许多其它像是影音传输等消费性电子产品，也应用到不少的微功率无线电系统。 在这些应用当中，最为普遍的首推ISM波段(注1)的应用，因为依照国际电讯联盟(ITU)的规范，使用ISM波段不需要申请执照，也就是该波段是属于开放性的，因此这里也就以ISM波段应用的天线为例子来做说明，其中使用最普遍的频率是434MHz及916MHz(注2)。 一般开放性数据库当中，有关UHF小型天线的数据非常有限。对于微功率无线电通讯相关产品而言，天线的质量非常重要，因为它主宰了有效的通讯距离，因此天线的选用与设计是非常重要的。 此类产品的设计中，于天线设计方面，除了成本考虑外，还必须要选对天线的种类，才能达到最好的成本/性能比。 除此之外，与发射机及接收机的匹配与调谐也非常重要，为了要有最佳的整体性能，设计者自然要懂得天线的工作原理，以及应用时的一些重要考虑因素。本文最主要的目的是希望能够协助此类天线的非专业设计者，能够从有限的基本知识中，以很有效率的方式，完成最佳的天线设计。 在未进入主题之前，先以浅显的方式来介绍早期天线发展的历史，虽然这是以业余无线电的眼光及角度去看的，但是早期无线电的发展与业余无线电的发展，几乎是可以画上等号的，因此，这实际上也可以说是无线电天线的发展史。 一门失落的艺术-正本清源谈天线? 如果你是一位资深的业余无线电爱好者，那么我想你一定也熟悉天线（Antenna）的另一个名称，叫做Aerial，所谓Aerials就是指一条条用来发射或接收无线电讯号的长导线；当然这是指高科技人员在还没将它们发扬光大，并称它们为天线之前的情况。一群无线电盘古开天的无线电家们，经常利用各种导线来测试他们所发明或改良的无线电机器，一般情况下是噪声横飞，更惨的是导线融化，再不然呢就是真空管烧了一大堆，或者是保险丝烧了一大片。? 我完全没有正规的天线理论基础与这方面的学府教育，所以决定用“以古鉴今”的方式来了解天线。当然最主要的是，我打算介绍几种原先被认为不可能实现的天线，但实际上使用如常，那其中的奥秘自然值得探讨。 天线的发展历史 Whire无意中发现了天线? 我们一路回到最早期的无线电发展，在电力未发明以前，所有的机器大都是以煤油供应动力。最早期的一个实验家名叫怀尔(Whire)，他发明的无线电发射机可以发出很大的火花，实际上他发明的就是以火花放电原理，来产生无线电波的火花放电发射机。但是在实验过程当中让他最纳闷的是，试用了无数的方法，就是无法很清楚地接收到这部火花发射机所发射出来的讯号。 后来有个用来印证电波是不是会受一般有形物阻挡的试验，试验过程中他就把发射机摆在桌子底下，为了想取得讯号，于是把接收机用一条导线吊在天花板上，就这样用来验证电波是否可以穿透实验桌面。而令他感到意外的是，吊接收机的这条导线，竟然使接收机的效率好了许多，因此他就把吊着的导线留在那里，从此便称他的接收机为无线电接收机(Wireless Set)，他并且把这一份结果整理成报告发表于QST杂志(注3)上。 Grownd发现接地的妙用? 在Whire发现天线的雏形之后好几年，另一位名叫Grownd的发现到，供电给桌子上的台灯有两条导线，但是接收机的天线只有一条，为什么只有一条天线可以做得那么好，因此他就针对这个问题继续探讨下去。? 这个问题让Grownd困扰不已，但是事情就是如此之巧，就在不久后他买了一部车子，且发现车灯也是使用一条导线而已，当然还有另一条线是接车子的外壳。这促使他想到一个问题，那就是：若同样把发射机的其中一条导线接到一个共同的接点上，是不是会比较好？于是他就用了一条金属管打入地底下，并拉出一条线接到发射机上头，这竟然使讯号增强了许多，同样地他也把这重要的发现发表在QST杂志上，于该文中建议每一座无线电台都需要有接地(Grownd)。 ■ 跷跷板延伸出来的Diople 在天线发展史上，接下来一个主要的突破，是由Diople发明。有天当DIP(Diople的昵称)走过一个游乐场时，发现当地的狮子会员正在玩跷跷板，他发现这些狮子会员都很快地能保持平衡，这想必其中有人运力，使跷跷板在极短的时间内保持平衡。? DIP回到家后，马上拿了一条导线接到机器外壳上头，另一条导线则接发射机输出，这就成为一组崭新的天线，其实此天线就是后来所称的DIOPLE天线，是为了记念Diople，而以他的名字来命名。 ■