ISM頻帶與短距裝置天線基本原理：第2篇

本文將深入介紹下列常用天線：半波長偶極天線(half-wave dipole)、四分之一波長單極天線(quarter wave monopole)、橫向模式螺旋天線(transversal mode helical)以及小型環狀天線(small loop)。

半波長偶極天線

半波長偶極天線是許多其它天線的基礎，也是測量天線增益和輻射功率密度時所用的參考天線。在諧振頻率上，波長之半剛好等於偶極天線長度，此時天線中央端點的電壓為最小值，電流則為最大值，亦即阻抗為最小。

因此，半波長偶極天線可與串聯RLC諧振電路進行對照。對於無損耗的半波長偶極天線而言，等效諧振電路的串聯阻抗就等於輻射電阻，其值隨著長度直徑比的不同，通常介於60Ω到73Ω之間。

1/4波長單極天線

半波長偶極天線的體積在許多場合顯得太大，差動饋入方式經常也是一種缺點。要解決這些問題可把無限大的接地面取代偶極天線的一臂，此時因受到鏡像作用的影響，接地面上方的輻射場型將不會改變。這種新結構稱為單極天線。

由於單極天線的所有輻射功率會集中在接地面上方，故天線增益將比偶極天線高出3dB。多數應用都無法提供很大的接地面，因此Marconi天線會以數個開路的1/4波長金屬短柱(stub)取代不可能實現的無限大接地面，這些短柱稱為地網(counterpoise)。

橫向模式螺旋天線

另一種縮小單極天線的方法是將它順著螺旋方向捲起來。當線圈周長以及相鄰線匝的間距與波長差不多時，天線就會延著螺旋軸的方向輻射圓形偏振波束。此類天線稱為軸向模式螺旋天線 (axial mode helicals)。

在小型短距應用裡，螺旋直徑和線匝間距都遠小於波長，此時的螺旋天線稱為正常模式螺旋天線 (normal mode helical antenna)。這種天線的輻射場型很像單極天線，最大輻射值在螺旋軸的垂直方向。

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作者：Matthew Loy & Iboun Sylla / TI