中心議題：

• 移動終端天線的特征
• Diversity天線的設計

解決方案：

• 將移動終端機殼的改成抽取或是折疊設計
• 係統折疊機殼上增設阻抗(Impedance)Z

包(bao)含(han)移(yi)動(dong)終(zhong)端(duan)在(zai)內(nei)的(de)天(tian)線(xian)性(xing)能(neng)與(yu)外(wai)形(xing)大(da)小(xiao)有(you)密(mi)切(qie)關(guan)係(xi)。論(lun)及(ji)天(tian)線(xian)時(shi)通(tong)常(chang)會(hui)使(shi)用(yong)以(yi)物(wu)理(li)長(chang)度(du)的(de)頻(pin)率(lv)波(bo)長(chang)製(zhi)定(ding)的(de)規(gui)格(ge)化(hua)電(dian)氣(qi)性(xing)長(chang)度(du)，一(yi)般(ban)是(shi)將(jiang)電(dian)氣(qi)性(xing)長(chang)度(du)為(wei)低(di)於(yu)1/2π以下的天線定義為小型天線(以下簡稱為小型天線)。

移動終端幾乎都是使用小型天線，它的缺點是低效率、窄(zhai)頻(pin)寬(kuan)，為(wei)了(le)確(que)保(bao)天(tian)線(xian)的(de)性(xing)能(neng)，因(yin)此(ci)天(tian)線(xian)小(xiao)型(xing)化(hua)有(you)一(yi)定(ding)的(de)極(ji)限(xian)，然(ran)而(er)如(ru)此(ci)一(yi)來(lai)卻(que)違(wei)背(bei)移(yi)動(dong)終(zhong)端(duan)小(xiao)型(xing)化(hua)的(de)時(shi)代(dai)趨(qu)勢(shi)。所(suo)幸(xing)的(de)是(shi)天(tian)線(xian)使(shi)用(yong)的(de)元(yuan)件(jian)大(da)多(duo)是(shi)可(ke)以(yi)創(chuang)造(zao)空(kong)間(jian)的(de)導(dao)體(ti)，若(ruo)與(yu)波(bo)長(chang)比(bi)較(jiao)的(de)話(hua)，隻(zhi)要(yao)導(dao)體(ti)具(ju)備(bei)一(yi)定(ding)大(da)小(xiao)

，基(ji)本(ben)上(shang)就(jiu)可(ke)以(yi)當(dang)作(zuo)高(gao)天(tian)線(xian)使(shi)用(yong)
，例(li)如(ru)類(lei)似(si)移(yi)動(dong)終(zhong)端(duan)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於800mMHz～2GHz之間，波長相當於150～350nm左右，因此100～200mm的終端尺寸對小型天線非常有利

，也就是說隻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
，有鑒於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(PersonalDigitalCellular)用Diversity天線的設計技巧。


圖1各種天線的特征

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(以中心頻率製定的頻率範圍)與天線大小有密切關係，小型天線的頻寬則與天線的體積呈比例關係。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)屬於中等大小天線，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天線最大強度則隻有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fen布bu狀zhuang態tai則ze截jie然ran不bu同tong
，同tong樣yang的de磁ci界jie亦yi即ji電dian流liu強qiang度du也ye不bu相xiang同tong。對dui小xiao型xing天tian線xian而er言yan構gou成cheng天tian線xian的de導dao體ti與yu天tian線xian周zhou圍wei的de空kong間jian，若ruo是shi屬shu於yu有you耗hao損sun性xing的de媒mei體ti時shi，會hui就jiu導dao致zhi極ji大da的de電dian力li(功率)損失，相對的效率也會急遽劣化。


圖2天線附近的實際電界分布狀態
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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隻有-1dB。

圖3是(shi)移(yi)動(dong)終(zhong)端(duan)周(zhou)圍(wei)的(de)電(dian)界(jie)分(fen)布(bu)狀(zhuang)態(tai)，由(you)圖(tu)可(ke)知(zhi)若(ruo)對(dui)天(tian)線(xian)施(shi)加(jia)脈(mai)衝(chong)電(dian)界(jie)
，天(tian)線(xian)周(zhou)圍(wei)的(de)電(dian)界(jie)會(hui)隨(sui)時(shi)間(jian)改(gai)變(bian)


，例(li)如(ru)右(you)圖(tu)的(de)電(dian)界(jie)強(qiang)度(du)除(chu)了(le)天(tian)線(xian)之(zhi)外(wai)
，機(ji)殼(ke)本(ben)體(ti)的(de)電(dian)界(jie)強(qiang)度(du)也(ye)會(hui)隨(sui)時(shi)間(jian)改(gai)變(bian)增(zeng)大(da)
，換(huan)句(ju)話(hua)說(shuo)隻(zhi)要(yao)巧(qiao)妙(miao)應(ying)用(yong)移(yi)動(dong)終(zhong)端(duan)機(ji)殼(ke)的(de)電(dian)波(bo)放(fang)射(she)特(te)性(xing)，即(ji)使(shi)小(xiao)型(xing)天(tian)線(xian)也(ye)可(ke)以(yi)獲(huo)得(de)預(yu)期(qi)的(de)效(xiao)果(guo)。　


圖3移動終端周圍的電界分布

一般數位地表波播送使用波長為400~600nmUHF(UltraHighFrequency)的de頻pin寬kuan，然ran而er實shi際ji上shang物wu理li特te性xing上shang限xian製zhi，使shi得de一yi般ban傳chuan統tong移yi動dong終zhong端duan得de天tian線xian不bu容rong易yi小xiao型xing化hua，因yin此ci將jiang移yi動dong終zhong端duan機ji殼ke的de改gai成cheng抽chou取qu或huo是shi折zhe疊die設she計ji，形xing成cheng如ru圖tu4右側直接激振天線。


圖4地表數位信號接收用天線

接著在波暗室內實際測試上述兩種天線的水平麵內放射pattern

，bixuzhuyideshitianxiandetexingjiyishoudaobaohanrentizaineishiyonghuanjingdeyingxiang，yinciceshishibeicetianxianbixuyuanlirenti，ciwaidianbojihushicongshuipingfangxiangrushe，suoyibenceshishiyishuipingmianneidefangshepattern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。　


圖5兩種天線的放射pattern

根據上述測試結果進行屋外測試
，測試時在兩處際野外(Field)作收
、送訊試驗。波暗室內測試時被測天線遠離人體旋轉一圈，依此計算天線的平均收訊功率；相較之下屋外測試時則攜帶被測天線步行約十分鍾左右回旋路程，接著再以Dipole天線作比較基準，計算天線的平均收訊功率。根據表1的de計ji算suan結jie果guo顯xian示shi，兩liang種zhong天tian線xian在zai四si個ge場chang地di的de平ping均jun收shou訊xun功gong率lv幾ji乎hu完wan全quan相xiang同tong，它ta與yu上shang述shu波bo暗an室shi內nei測ce試shi結jie果guo一yi致zhi，依yi此ci證zheng明ming隻zhi要yao巧qiao妙miao應ying用yong移yi動dong終zhong端duan機ji殼ke的de電dian波bo放fang射she特te性xing，即ji使shi小xiao型xing天tian線xian也ye可ke以yi獲huo得de預yu期qi的de效xiao果guo。　

暗室內等化(dB)
Field的等化(dB)
屋內1
屋內2
屋內3
屋內4
平均值
天線A
-2.5
-2.6
-1.1
-1.1
0.8
-1.0
天線B
-2.8
-0.5
-0.9
-1.8
-0.5
-0.9
表1各天線的等化特性
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圖6Diversity天線的構造

Diversity天線的設計

移動通訊係統為了抑製衰減(Fading)造成通訊品質惡化，因此通常都采用Diversity天線。上節介紹的兩種Diversity天線，主要設計訴求是收訊用途，所以涉及天線的設置場所與天線構造。

此處采取在連接移動通訊係統折疊機殼上增設阻抗(Impedance)Z，如此就能夠利用一種天線獲得多樣的放射pattern

，這種設計最大優點是可以大幅縮小天線的設置場所與天線結構物的尺寸。

圖 6是Diversity天線的構造

，如圖所示它是將天線設置在折疊機殼兩接地(Ground)中央，兩接地之間再鋪設信號線與並排連接的阻抗，接著改變阻抗觀察放射pattern。根據圖7的測試結果顯示，Z=Z0(開放)與Z=Z1(容量性)時
，放射pattern發生明顯改變，Z=Z0時放射 pattern呈側向8字形，Z=Z1時放射pattern與Z=Z0截然不同，換句話說即使相同天線
，隨著Z的變化會出現不同的放射現象。　

圖7對各Z的放射pattern

為了探討放射pattern的變化原理，因此對機殼施加電流藉此觀察電流分布特性，根據圖8的測試結果顯示，Z=Z0時上下機殼都有同相電流流動，而且與圖7的放射pattern一樣都是呈側向8字形，由於Z=Z0時為同相電流，因此電界是以側向加算
；相對的Z=Z1則變成逆相電流，因此電界橫向相互抵銷
，放射pattern整體呈蝶翼狀。由此可知隻要改變抗Z就能夠控製機殼上的電流，並使電流產生的放射pattern發生變化。　


圖8Diversity天線的動作原理

以上介紹利用移動終端的機殼當作導體，設計小型高性能天線的技巧
，同時探討地表數位播放用天線與PDC(PersonalDigitalCellular)用Diversity天線的設計技巧。