5影响天线工作的因素.docx
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5影响天线工作的因素
天线分为内置与外置,外置主要使用螺旋或者PCB,螺旋天线一般带宽比较好也比较常用,PCB天线比较轻易调频率易于设计,但爱立信有两项重要专利,所以在欧美市场上很少其他厂商使用。
还有一种假内置天线,其实就是外置天线的内置,性能相对比较差,一般不推荐使用。
内置天线而言,主要是PIFA与MONOPOLE天线。
PIFA的结构有slotantennnaGantennna等,一般常用G天线。
monopole天线的效率极高,三星手机常用此种设计,但SAR值比较成问题。
但三星折叠机比较多,天线可以远离人脑,SAR相对人脑影响较小。
天线设计是个相对比较狭窄的领域,一般的RF工程师都可以进行设计,但要把天线作好是非常不轻易的,需要长时间的积累。
所以即便NOKIA,也把天线外包给飞创等闻名天线设计公司。
slotantennna中高低频一般是由parastic产生的由于天线其实要求的是1/4波长在这种结构中发射片之间的槽长便近似于1/4波长因而产生谐振点G天线则是一般分成两块基本相独立一边产生低频另一边是高频。
通过控制发射片的长度可以改变频率.有时怀疑在两种结构中可能两种产生方式都存在因为每个天线上都会有最敏感的区域可能只是哪一种表现出的更强一点而已.monopoleantenna的SAR值假如直板机的话一般在2.0以上大大超过欧标与美标一般国产手机不会考虑SAR值的只要效率好就ok所以假如你所使用的是这种烂机的话基本可以扔掉了.
内置天线技术要求:
内置天线材料为铍铜、不锈钢等其他材料,详细支撑视结构而定。
铍铜(外面镀金)
天线的RF性能比较好,但是价格稍高于不锈钢材料。
内置天线性能的保证对结构要求较严,基本的要求如下,否则天线性能将受到较大影
响,详细影响程度视天线的类型而定。
一般认为,PIFA天线体积大、性能好;滑盖机必须使用此种天线进行设计。
详细
要求如下:
1.PIFA的高度应该不小于6.5mm;
2.LCM的connector应该布局在主板的键盘面;
3.天线的宽度应该不小于20mm;
4.从射频测试口到天线馈点的引线的阻抗保持在50欧姆;
5.PIFA天线的四周的器件应该尽量做好屏蔽;
6.馈点的焊盘应该不小于2mm*3mm;
7.馈点焊盘(pad)应该居顶靠边;
8.假如测试座布局有困难,也可以放在天线区域;
9.天线区域可适当开些定位孔。
10.内置天线四周七毫米内不能有马达,SPEAKER,RECEIVER等较大金属物体
MONOPOLAR天线体积稍小、性能较差,一般不建议采用。
详细要求如下:
1.内置天线四周七毫米内不能有马达,SPEAKER,RECEIVER等较大金属物体。
2.天线的宽度应该不小于15m;
3.内置天线四周的结构件(面)不要喷涂导电漆等导电物质。
4.手机天线区域四周不要做电镀工艺以及避免设计金属装饰件等。
5.内置天线正上、下方不能有与FPC重合部分,且相互边缘距离七毫米以上。
6.内置天线与手机电池的间距应在5mm以上。
其实对于MONOPOLE天线来说,只要空间够的话其性能还是可以做的比较好的,我做的一款,其效率最高可以到70%多了。
要害问题是天线下面不能有地,有地时其性能则大打折扣了目前的PIFA,MONO天线有些手机厂家不想增加匹配电路,他们不想修改他们的BOM单,所以这也是对手机设计者提出的挑战。
特别对于DUAL-BAND,TRI-BAN则是相称难的。
在PIFA的设计中,speaker和振荡器的位置完全可以摆放在天线正下方,对speaker来说,高度越矮越好,尺寸直径越小越好,弹片式接触是好于线式接触的,另外在设计天线外形的时候,也可以尽量减少天线和speaker的偶合,对天线性能的影响是基本能作到不受太大的影响的.
阻抗匹配要求天线的输入阻抗和下级电路共轭匹配,这样能达到最大的功率传输效率,即无反射传输,电磁波呈行波状态.一般来讲都定义五十欧,所以天线的输入阻抗为五十欧能达到最高效率的传输,有的主板馈电点的阻抗不是标准的,这时天线的阻抗应相应的变化(天线的阻抗包括损耗阻抗和辐射阻抗,损耗阻抗是天线本身的损耗,通过改变材质和体积能改变,辐射阻抗反应天线的辐射能力,这是我们需要的,一般天线设计要求辐射阻抗越大越好,天线的效率就是辐射阻抗除以损耗阻抗和辐射阻抗的和)-----极化匹配即场的指向与通信天线场的指向一致即通达到最佳的传输.
方向性和增益
手机天线一般对定向的方向性要求较小,天线是无源器件,它的辐射功率等于输入功率减去损耗功率,为什么存在增益不相同呢,主要也是方向性的原因,它是牺牲某些方向的辐射从而达到某些方向辐射增强的目的.增益一般是相同输入功率同一点和元天线辐射功率的比较DBI,理想元天线是无向性的,辐射是一个等圆面,我们一般测试比较用的一般是标准偶极天线DBD,其与DBI有一定转换关系.其为无源器件,怎么样提高增益呢,一般要求天线的方向图最好程一个扁的苹果状态,即水平面辐射较强,上下辐射稍弱.手机天线方向最好是能指向偏离打电话时头部的方向,PIFA下边是地,能起到屏蔽作用,有这个效果.在设计手机天线对方向性的要求一般就这点吧,同时也能适应SAR的测试
天线是PIFA,也没有问题,带宽够宽,VSWR也比较好,接收灵敏度也良好.说明天线也没有什么问题.天线周围无金属,,后来怀疑电池影响,与电池厂家沟通后,他们说经常有这种电池影响TRP的情况,一般改改电池保护板电路,走线,加去耦隔离器件,就会提高TRP,其中的原理我还不明白.大家讨论下啊
天线离手几的高度,已经手机放置的位置,温度等都会对电线的发射功率产生影响.
VSWR虽然比较好,看下是否偏接收.
影响对讲机通话距离和效果的因素有以下几个方面:
1、系统参数
(1)发射机输出功率越强,发射信号的覆盖范围越大,通信距离也越远。
但发射功率也不能过大,发射功率过大,不仅耗电,影响功放元件寿命,而且干扰性强,影响他人的通话效果,还会产生辐射污染。
各国的无线电管理机构对通信设备的发射功率都有明确规定。
(2)通信机的接收灵敏度越高,通信距离就越远。
(3)天线的增益,在天线与机器匹配时,通常情况,天线高度增加,接收或发射能力增强。
手持对讲机所用天线一般为螺旋天线,其带宽和增益比其他种类的天线要小,更容易受人体影响。
2、环境因素
环境因素主要有路径、树木的密度、环境的电磁干扰、建筑物、天气情况和地形差别等。
这些因素和其他一些参数直接影响信号的场强和覆盖范围。
3、其它影响因素
(1)电池电量不足。
当电池电量不足时,通话质量会变差。
严重时,会有噪音出现,影响正常通话。
(2)天线匹配。
天线的频段和机器频段不一致,天线阻抗不匹配,都会严重影响通话距离。
对于使用者来说,在换用对讲机天线时要注意将天线拧紧,另外不能随便使用非厂家提供的天线,也不能使用不符合机器频点的天线。
4、音质的好坏
主要取决于预加重和去加重电路,目前还有较先进的语音处理电路“语音压扩电路和低水平扩张电路的应用”,这对于保真语音有很好的效果。
无线信号受哪些因素的影响及如何在现有的环境中改善信号传输质量?
无线信号传输主要受以下几个因素影响:
1、家庭的空间都比较拥挤,空间不够开阔,其中房间中的墙壁是最主要的障碍物。
由于无线局域网采用的是无线微波频段。
微波的最大特点就是近乎直线传播,绕射能力非常弱,因此身处在障碍物后面的无线接收设备会接到很微弱的信号,或没有收到信号;
2、物理的障碍物,不仅阻挡微波无线信号,它还能把电磁的能量给吸收掉,生成弱电流泄流掉,因此,无无线信号在家庭环境中最大的金属物体的障碍物是内有钢筋网的楼板,这个方向的信号几乎没有穿透的可能。
要能穿透,信号也是非常的弱;
3、IEEE802.11b/g标准的工作频段为2.4GHz,而工业上许多设备也正好工作在这一频段如:
微波炉、蓝牙设备、无绳电话、电冰箱等。
如果附近有较强的磁场存在,那么无线网络肯定会受到影响;
4、如果在无线环境中存在多台无线设备还有可能存在频道冲突,无线信号串扰的问题;
5、距离无线设备及电缆线路100米内的无线电发射塔、电焊机、电车或高压电力变压器等强信号干扰源,也可能会对无线信号或设备产生强干扰;
6、信号实在室外传播天气情况对无线信号影响也很大,如果是在雷雨天或天气比较阴沉的时候信号衰减比较厉害,而晴天里信号能传输的距离会更远;
如何改善信号传输质量?
比如你手上有个JCGJHL-N815R无线路由器,那么你可以通过下面的方法:
1、为无线AP选择一个最佳的放置地点。
这个放置点的要求如下:
a、位置应偏高一些,以便在较高地方向下辐射,减少障碍物的阻拦,尽量减少信号盲区;b、位置点选择应是使信号尽量少地穿越隔墙,最好是房间中的无线客户端能与无线AP之间可视;
2、修改频道,减少无线串扰。
注意:
设置自己无线信号发射频道时也要尽量保证离别人无线信号频道5个以上;
3、减少居家电器干扰,保证信号畅通无阻。
放置无线AP时尽量远离上述设备;
4、无线AP天线是可拆卸的,可以通过更换天线达到增强无线信号的目的。
网络设备]无线信号不稳定受哪些因素影响?
无线路由器,无线网络,无线信号
很多无线网络使用者经常为无线信号不稳定而苦脑!
到底是什么原因影响着无线信号的传输呢?
怎么样才能保证无线信号的传输质量呢?
你是否正在想着要怎么样才能提高通讯质量呢?
下面先来看看影响无线信号不稳定的原因:
1、IEEE802.11b/g标准的工作频段为2.4GHz,而工业上许多设备也正好工作在这一频段如:
微波炉、蓝牙设备、无绳电话、电冰箱等。
如果附近有较强的磁场存在,那么无线网络肯定会受到影响;
2、如果在无线环境中存在多台无线设备还有可能存在频道冲突,无线信号串扰的问题;
3、距离无线设备及电缆线路100米内的无线电发射塔、电焊机、电车或高压电力变压器等强信号干扰源,也可能会对无线信号或设备产生强干扰;
4、信号实在室外传播天气情况对无线信号影响也很大,如果是在雷雨天或天气比较阴沉的时候信号衰减比较厉害,而晴天里信号能传输的距离会更远;
5、家庭的空间都比较拥挤,空间不够开阔,其中房间中的墙壁是最主要的障碍物。
由于无线局域网采用的是无线微波频段。
微波的最大特点就是近乎直线传播,绕射能力非常弱,因此身处在障碍物后面的无线接收设备会接到很微弱的信号,或没有收到信号;
6、物理的障碍物,不仅阻挡微波无线信号,它还能把电磁的能量给吸收掉,生成弱电流泄流掉,因此,无线信号在家庭环境中最大的金属物体的障碍物是内有钢筋网的楼板,这个方向的信号几乎没有穿透的可能。
要能穿透,信号也是非常的弱;
那么,针对这些原因,是否有什么对策呢?
比如你手上有个JCG捷希JHL-N815R无线路由器,那么你可以通过以下方法提高无线信号传输质量:
1、减少居家电器干扰,保证信号畅通无阻。
放置无线AP时尽量远离上述设备(比如电磁炉,微波炉,手机等);
2、无线路由器天线是可拆卸的,可以通过更换天线达到增强无线信号的目的。
(建议购无线路由器时,选择可拆卸天线的无线路由器。
)
3、为无线路由器选择一个最佳的放置地点。
这个放置点的要求如下:
a、位置点选择应是使信号尽量少地穿越隔墙;b、位置应偏高一些,以便在较高地方向下辐射,减少障碍物的阻拦,尽量减少信号盲区;
4、修改频道,减少无线串扰。
注意:
设置自己无线信号发射频道时也要尽量保证离别人无线信号频道5个以上;(比如你在JCGJHL-N815R无线路由器的无线信号列表里可以看到,大部人用户都使用频道6,那么笔者建议你选择11频道。
)
手机天线的一般性介绍
2009-1-510:
35:
00【文章字体:
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手机天线按位置可分为:
内置外置,按朝向可分为:
竖插和侧插。
天线需要一个空间区域,保证它发射和接收的性能:
一般面积最少400平方mm以上,高度4.5mm以上,即实际要求的是净空间体积尽量大,天线性能越好。
具体需要根据外观和附近的器件等等评估。
一般言之,有两种天线可供选择:
平衡天线和不平衡天线。
平衡天线是独立工作的,与周围的环境无关。
而不平衡天线必须接地。
不平衡天线产生电流流到地,而且,在总的辐射功率中,包括这些电流所产生的功率。
汽车上经常使用的单极天线就是一个很好的例子,它的车身就是地。
天线的性能也与它的尺寸大小有关。
天线的尺寸是用波长来表示的。
不平衡天线的地是有效尺寸的一部分,因此,实际的天线尺寸可以做得更小些。
移动电话的天线是不平衡天线的一个实例。
它们的地是在手机里的金属结构,一般就是印刷电路板和它四周表面镀有金属材料的部件,这就是我们常说的印刷电路板总成。
在手机里往往使用不平衡天线,这是因为它的尺寸比较小。
对于低频带手机而言,例如GSM900手机和CDMA800手机,在用波长表示时,手机里能留给天线的空间狭小。
于是,在这么狭小的空间里装一个高效率的平衡天线,是不可能的,所以一定要用不平衡天线。
对于频率较高的手机来说,位置对天线的限制就少得多了。
例如,GSM1800的波长是GSM900的一半,因此,能给天线留出的空间也就更大些。
在频带较宽的手机中可以使用平衡天线。
最近,WCDMA手机的内置天线和GPS的外置天线都用了平衡天线。
这么做的好处是:
天线不会产生大电流在手机上流过。
这就是说,采用平衡天线后,天线的设计和手机的设计,关系就不那么大。
然而,问题是:
大部分手机都必须能够同时用于高频带和低频带。
而要满足要求的,只要把高频天线结合到低频天线里,把他们都做成不平衡天线就可以了。
对手机天线的设计优先须考虑的是:
1.天线的种类
在移动电话中使用过许多种天线。
大致上可以把它们分为两类。
第一类天线,和单极天线非常相似。
第二类天线,例如,倒置F型平面天线(PIFA),它装在地线上面。
由于这种天线使用印刷电路板上面的空间,因而,这类天线用得最普遍。
混合绝缘体天线就是把绝缘体天线和PIFA结合在一起,它和PIFA一样,装在接地面的上方时,能够工作(图1)。
2.天线的位置
如果你的手把天线挡住时,你发会现手机的性能会迅速下降。
相邻的元器件一般在很大程度上是决定产品性能的关键。
天线会在任何紧挨着天线的导体里感应电流。
手机里的导体分为两种。
第一种是印刷电路板总成,它包括了印刷电路板和它的屏蔽。
这些互相连接的导体形成一个大导体,构成一个能改善天线性能的地。
第二种导体由更小的分立元件组成,他们通过像导线和柔性印刷电路板(FPCB)这些连接件连接到印刷电路板上。
应当避免在这些元件上产生激励电流,因为元件或者关联电路会有能量损失。
3.各部件间的连接方法
需要用许多导线的内部连接通常用FPCB来完成的。
当把FPCB放到天线附近时,我们就要特别小心,因为FPCB和天线二者之间的耦合,可能会影响天线的性能。
手机的电池会对天线的性能产生巨大的影响。
电池会降低天线的谐振频率,同时还会降低它的效率。
因此,最好的方法是:
●电池应尽可能放在远离天线的位置(建议最小距离为5mm)。
●使用15pF至33pF的并联电容器,让电池和控制电路在射频时接地。
●由于金属弹簧夹是造成天线损失的一个因素,因此要使用塑料电池夹。
在大部分的手机中,扬声器是安放在印刷电路板上,与天线相对的另一边,这不会带来任何实际的问题。
然而,在许多新的超薄型手机中,为了节省原本由扬声器所占用的印刷电路板的空间,把扬声器移到了天线那里。
如果耦合到扬声器上,天线的效率就会明显下降。
在这种情况下,最好是用一个非常短的弹簧片来连接扬声器,避免使用活动的导线。
由于扬声器紧挨着天线,在设计的早期,天线设计师就应该拿到扬声器的样品,这点非常重要。
如果无法避免使用活动的导线,那么,就应该在扬声器的两条连接导线中串联电感器作为保护。
表面安装电感器一般会防止出现射频信号耦合。
要给串联电感器留下焊盘。
4.手机的EMI
射频屏蔽盒或者电磁干扰(EMI)涂层一般能够将手机的射频电路屏蔽起来。
如果使用电磁干扰涂层,就要确保它涂层在印刷电路板上形成一个封闭的空间。
如果电磁干扰屏蔽盒有一边是开放的,他们会产生空腔,而且,天线有可能会耦合进去。
最后,在设计原型机的过程中,电磁干扰屏蔽涂层通常是用手工涂上的。
由于经手工涂上电磁干扰涂层的电话不是完全一样的,因此,不能用来对天线进行比较。
5.天线所占用的空间
手机天线所占用的空间大小是一个非常重要的参数。
大家知道,天线的性能和它的体积大小有关。
然而,天线周围的环境必须与之协调。
大多数天线设计师依靠的是他们的经验。
要做出一个正确的估计,需要了解以下几项:
●天线必须覆盖的频段;
●每个频段要求达到的性能;
●手机的外形尺寸;
●在安装天线的空间还有什么其它零部件;
●印刷电路板总成的长度和宽度。
一个简便的办法是:
如果天线要覆盖更多的频段,那么它就需要体积更大的空间。
如果天线需要同时覆盖两个低频段,它的尺寸显然会比只覆盖一个频段的天线大得多。
地线的尺寸大小会影响天线的性能。
对于同样的天线,印刷电路板总成的尺寸会把它的频带宽度改变一倍。
天线设计师必须知道地线的尺寸大小,由此,来估算天线的尺寸。
一般来说,对天线而言,是为了在低频带时得到优良的性能,最适宜的长度是130mm,而最适宜的宽度是40mm左右(图2)。
就PIFA和混合绝缘体天线的外形尺寸而言,最重要的是它的厚度,而它的长和宽就比较不重要。
大部分的手机使用的是PIFA,但是,还有一小部分手机使用了倒置F型平面天线,在他们的下面没有地线。
正因为他们更像是单极天线,所以无需遵守这个规则,但是其他的外形尺寸同样也是很重要的。
利用新型调谐技术提高手机天线性能
2010-01-15 来源:
维库开发网
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如今的移动电话不仅要支持蜂窝频率,还要支持那些用于移动电视、蓝牙、WLAN和定位服务的非蜂窝特性。
由于每次手机换代都缩小了天线的可用空间,天线被包在相机和键盘电路周围并重新安排路径,导致天线效率降低。
一部分性能损失可以通过天线调谐得到恢复,即使用动态阻抗调谐技术根据工作频率和环境条件优化天线的性能。
然而,所面临的挑战是,任何成功的天线调谐方案均须满足损耗低、线性度高、能够处理很高强度的RF信号且耗能少的要求。
天线调谐架构
当无源天线不再满足带宽要求提高、手机设计更复杂、天线可用空间更小等性能要求时,通常使用开环天线调谐系统。
在开环系统中,可调谐元件根据静态信息(如发射/接收频率、调制方案或使用情况)在设定的频段和工作模式下微调天线的性能(见图1)。
但由于开环系统不对天线的运行状况进行实时测量,因此无法具体考虑环境条件。
在移动设备中,环境条件非常重要,它们在用户行走、开车或移动手指时发生变化。
天线设计者可使用自适应闭环天线调谐技术来应对这些条件变化。
在闭环调谐方案中,失配传感器跟踪天线的运行状况并提供反映实际情况的反馈信号。
失配传感器把VSWR(反射回天线的功率幅度)与发射功率进行比较并调节阻抗调谐电路。
调谐算法使可调元件在各种使用情况下持续跟踪环境条件,并把阻抗调到最优值(见图1)。
图1:
开环(左)和闭环(右)天线调谐方案
调谐挑战
理论是有用的,但在蜂窝电话中实现自适应天线调谐的最大障碍是缺乏电气参数可调、损耗低且调整比足够宽的高性能无功元件。
在“高性能”方面,最具挑战性的元件要求是功率处理能力和线性度。
例如,GSM天线通常必须能够处理最高+33dBm的发射功率,但在失配条件下,调谐元件实际上需要处理电压高达30Vpk或功率高达+40dBm的RF信号。
为寻找更好的调谐材料,人们在过去几年里进行了大量的研究。
例如,为实现可调的天线和滤波器,一些研究者已经使用了微机电系统(MEMS)和铁电材料技术(如钛酸锶钡,BST)。
这些技术尽管有发展前景,但目前仍面临着巨大的技术和制造障碍。
要充分满足天线调谐的需要,设计人员需要能支持量产的技术,最好是成熟的技术。
天线复杂性
天线是复杂器件,嵌入在手机中的天线也不例外。
由于手机的RF收发器是针对50Ω阻抗设计的,因此其天线最好也能在整个频段呈50Ω阻抗。
但事实上,这很少能做到,因为根据电磁定律,手机天生具有天线带宽窄、匹配不良和辐射效率低等特点。
因而,天线在整个波段通常是按非50Ω阻抗设计的,对多波段天线,VSWR的典型值为2:
1或3:
1。
天线阻抗也受其它因素的影响,如手机握持方式(即“头手效应”)。
使用者的身体也吸收功率,进一步限制了天线的辐射效率。
手机天线通常在VSWR优于3:
1的状态下工作,但如果使用者把手指放在天线发射器上,VSWR可能提高到9:
1。
如果在信号链中所有器件都是按照在VSWR为1:
1设计的,那么可能会出问题。
图2显示了“手效应”的影响,所谓手效应是指当手放在天线发射器附近时天线产生谐振点偏移(detuning)。
这个效应改变了天线的谐振频率,导致天线在预定工作频率严重失配。
图2:
当用户把手放在天线发射器附近时,天线的谐振频率发生改变,导致在预定工作频率失配。
当天线端口处在失配状态时,RF性能迅速下降。
特别需要指出的是,如果天线处在VSWR=3:
1(多波段天线的常用设计指标)的状态,大约1.25dB的功率由于反射而立即损失;如果VSWR达到5:
1,失配损耗将提高到2.55dB。
这样的失配也将使功率放大器(PA)输出功率下降,进一步减少了辐射功率。
如果手机的窄带双工或接收滤波器没有端接到其特征阻抗,在其通带中还会出现纹波,并额外带来高达2dB的损失。
在图3中,绿线代表典型的WCDMA双工发射滤波器在阻抗为50Ω时的性能。
红线是标准指标,蓝线显示当天线在所有相位VSWR均为5:
1时的滤波器响应;注意在最坏情况下插入损耗达5dB。
图3:
当手机的窄带双工或接收滤波器没有端接到其特征阻抗时,在通带中也会出现纹波。
本例中,VSWR为5:
1的阻抗失配使插入损耗大幅度增加。
头和手的影响、天线中的失配损耗、RF滤波器通带中的纹波,以及PA输出功率下降共同对手机天线发射出去的功率量造成严重影响。
谐振点偏移的后果是电池寿命缩短、链接范围缩小和呼叫质量降低,并导致掉线数量增多。
为解决这个问题,许多服务提供商都已建立了TRP(总辐射功率)和TIS(全向灵敏度)规范。
要满足这些规范,在测试手机时须模拟实际使用情况(针对头和手),而不是简单地在50Ω环境下完成传导性测量或在自由空间中对电话进行测试。
自适应天线调谐有望成为满足这些新型TRP和TIS规范的好方法,天线调谐器可以不受环境的影响而使天线呈50Ω特性,并使系统的其它部分在最优条件下工作。
尽管天线调谐器带来一些额外的插入损耗,但同未加入天线调谐器的情况相比,自适应天线调谐将极大地降低从调谐器输入端到天线输入端的总插入损耗(见图4),进而改善性能。
图4:
对自适应闭环系统的仿真显示,与未使用天线调谐器的系统(红线)相比,加入天线调谐器(蓝线)可降低插入损耗。
多波段收发系统的天线要求自适应天线调谐电路能够在一直到波段边沿的整个波段内保证性能,能主动跟踪谐振点偏移并迅速把天线的谐振点调回来。
这个调谐电路必须具有极高的线性度以避免产生谐波或互调失真,同时,还应该体
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