【精选】PIFA

本文旨在介绍平面倒F天线（PIFA）的基本知识。搬运自https://www.antenna-theory.com。英语够用的朋友可以直接移步。感谢网站创始人Peter Joseph Bevelacqua教授的无私奉献。

天线设计师一直在寻找创新的方法来提高天线性能。微带天线设计中使用的一种方法是在各个位置引入短路引脚（从贴片到接地层）。为了说明这可能有什么帮助，接下来将说明两个实例，一是四分之一波长微带天线，二是通过该天线引出的平面倒F天线（PIFA）。

下图显示了在远端短路的四分之一波长微带天线。 由于贴片的末端短路，因此微带天线末端的电流不再必须为零。结果是，该天线实际上具有与半波微带天线相同的电流-电压分布。但是，产生辐射的边缘场在远端短路，因此只有最靠近传输线的场才辐射。（为何边缘场产生辐射请看上篇）因此，天线增益减小，但是微带天线保持与半波长微带天线相同的基本特性，只不过尺寸上减小了50％。

短路引脚也可以置于微带天线的馈源处，如下图所示。 你可能会认为短路引脚将短路输出到天线的所有功率。但是，由于微带天线是高频设备（通常在> 1 GHz的频率下使用），因此短路引脚实际上会在天线阻抗中引入并联电感。上述天线的等效电路如下图所示。天线阻抗由ZA给出，短路引脚引入的电抗等于jX。

并联电感的影响会改变天线的谐振频率。特别地，这两个分量并联将导致它们的导纳（Y = 1 / Z）相加。因此，贴片的导纳添加了1 /（jX）。以这种方式可以改变谐振频率。

此外，如果短路引脚没有一直延伸到接地平面，而是悬空了一点，则可能会变成等效电容。这引入了另一个设计参数以优化性能。

平面倒F天线（PIFA）越来越多地应用于手机市场。天线在四分之一波长处谐振（从而减少了手机所需的频段），并且通常还具有良好的SAR特性。该天线形状类似于一个倒着的F，这也是倒F天线名字的由来。平面倒F天线之所以受欢迎，是因为它剖面低且具有全向性。 下图为PIFA的侧视图。

PS：SAR指比吸收率，表征单位时间内单位质量的物质吸收的电磁辐射能量。后续我会出一篇专门介绍SAR的文章。 由于末端有短路引脚，PIFA在四分之一波长处谐振。我们将很快看到如何精确定义谐振长度。馈源放置在开路端和短路端之间，可以通过调整该位置来控制输入阻抗。

在PIFA中，短路引脚可以是块板，如下图所示： 上图中的PIFA，其长度为L1，宽度为L2。短路针（或短路板）的宽度为W，和PIFA的边缘对齐。馈电点在图示的同一边缘，距短路板的距离为D。 PIFA距地面的高度为h。 PIFA与微带天线一样，位于介电常数为ε的电介质的顶部。

PIFA的阻抗可以通过调整馈电点到短路引脚的距离（D）来控制。 馈电点越靠近短路引脚，阻抗越小；可以将其移离短路引脚来增加阻抗。

PIFA的谐振频率取决于W。 如果W = L2，则短路板和贴片等宽。在这种情况下，PIFA会在以下情况下发生谐振（具有最大的辐射效率）：                                                               等式【1】

假设W = 0，那么短路板退化为一根引脚（或假设W