手机PIFA天线的技术精解
手机天线从最早的大哥大外置天线开始，过渡到小型外置天线，最终形成了现代内置型天线的过程。

其中，外置天线与传统的室外单级直立天线的技术原理如出一辙，没有新技术发展的象征。

内置天线出现后，手机天线以至于天线技术领域出现了全新的技术含义，从PIFA 开始到FICA等一路狂飙的发展到今天的金属框天线，金属壳天线和集成多频开关天线等等等。

在手机天线全面进入商业实用化以来，先后出现了PIFA天线，单极子变形天线，PCB印刷天线和陶瓷介质天线。

从技术分类的角度看，后来的超宽带IFA天线，FICA天线等都是手机内置天线原型基础上的产物。

从上个世纪手机内置天线正式成为商业使用天线以来，许多专业人士开始了开发制作。

但直至今天，关于手机内置天线的基本原理和演化发展的技术要领罕见于各大科技杂志和专业的技术解析文汇。

传统的有关PIFA天线的原理性解释属于教科书式的内容，与工程实际上的应用缺乏对口的指导意义。

现在，本人就实际工程设计方面的技术解析发表一些个人的看法。

首先，PIFA天线原型是单极子天线，将单极天线折弯便出现了倒L型天线，为了增加天线阻抗的感性分量，增加了短路线，如此又出现了倒F型天线。

单极天线的辐射电阻在高度为h 时有:
其中h 为天线的有效高度，为： 振子短路线
振子
振子
当实际高度H<<λ时，h 近似为H 的一半。

β=2∏/λ.
进一步精确的公式为：
输入电阻为
辐射电阻与损耗电阻之和！
从公式1的第一项可以看出，倒L 天线的高度很低，辐射电阻将很小。

公式1的第二部分的βh 也很小，则ctg(βh)将很大，导致虚数部分呈-J 的电抗且为较大的容性电抗！
在h 太小的情况下，辐射电阻Re 太小，严重影响辐射效率，为此，短路线的加入不仅仅是抵消大的容性负载，而且提高了辐射电阻、这可以从公式1，2，3的前期推导中得到答案。

从该公式中可以看到，增加
短路线就减小了电流I 就等于提高了辐射电阻Rr.因为电流I 被分流到了GND 板。

Rr 的提高等同于提高了h 。

将h 代入公式1，ctg(βh)项将减小，就等同于减小了容抗。

这里有更加复杂的前期推导公式，这里就不再赘述！因为短路线的增加引起的天线辐射场位移电流的减小不是线性关系，但这个结论否定了增加短路线
是增加感性负载的定义。

微带天线和PIFA天线没有祖先与子孙的概念，他们同属于偶极天线到单极天线演化的范畴。

所以，这里无需讨论微带天线。

问题的关键是，在利用单极直立天线演变成PIFA天线后，我们怎样确认其辐射场和阻抗变化所对应的镜像GND的问题！
如果仅仅将PIFA天线的阻抗计算及辐射场的分布定义在折弯了的单极天线这一概念上就是对PIFA天线最大的曲解！见图A和图B
图A 空间电磁链路
图B
L
H
h
从图A看出，空间电磁链路不是仅仅在短线范围，而且伸展到了GND板的下边缘。

当L等于宽带工作的中心频率的1/4波长时，呈现了良好的阻抗特性和阻抗带宽！当减小L并使其小于工作频段中心频率1/4波长很多时，阻抗迅速崩溃，驻波将居高不下而无论你怎样改变短路线的宽度和位置以及调整天线的结构。

这是实际仿真验证多次的结果，不容置疑！
它的实际阻抗分布形式近似于这样的半锥面形式。

这是因为手机的GND是有限的，不是单极直立天线定义的无穷大地板。

从某种意义上讲，它可拓展为偶极天线的另一个辐射臂的概念！显然，这个“辐射臂”接近1/4B波长就使天线越接近谐振状态！实际阻抗的计算可以近似用下列公式：
6
虽然是个假定线性变化的阻抗加权平均的近似公式，但在工程上，尤其是在h满足与波长之间的特定关系时，公式可以简化。

这个公式在变化万千的手机内部结构上所构筑的天线体系的阻抗分析与大致的计算中计算中还是有价值的！
从公式1中可以看出，天线的输入阻抗在h太小时电抗变大，电阻也变大，在大于50Ω许多倍时，阻抗虽然呈现平滑，但驻波比也远大于1.5.所以，h要达到一定的数值量才可以使电抗变得足够的小，满足一定的带宽要求。

但同时下降的电阻会使辐射效率严重降低。

所以，通常选择一个适当的高度h，才是PIFA天线的最佳高度。

这个高度需要权衡带宽和辐射功率的取舍和平衡！
从图A和公式6可以看出，手机的GND板如果太长，会导致加权阻抗值总体变小，进阻抗的电阻值变小，直接影响辐射效率。

在此情况下，通过改变短路线的接地点，宽度，或在贴片上做功夫将得不尚失！
祝峰宇宙天地zhu
2019-04-06。