天线效应

Antenna Effect

天线效应：

当大面积的金属1直接与栅极相连，在金属腐蚀过程中，其周围聚集的离子会增加其电势，进而使栅电压增加，导致氧化层击穿。大面积的多晶硅也有可能出现天线效应。

打个简单的比方，在宏观世界里，广播、电视的信号，都是靠天线收集的，在我们芯片里，一条条长的金属线或者多晶硅(polysilicon)等导体，就象是一根根天线，当有游离的电荷时，这些“天线”便会将它们收集起来，天线越长，收集的电荷也就越多，当电荷足够多时，就会放电。

那么，哪里来的这么多的游离电荷呢？IC现代制程中经常使用的一种方法是离子刻蚀（plasma etching），这种方法就是将物质高度电离并保持一定的能量，然后将这种物质刻蚀在wafer上，从而形成某一层。理论上，打入wafer的离子总的对外电性应该是呈现中性的，也就是说正离子和负离子是成对出现，但在实际中，打入wafer的离子并不成对，这样，就产生了游离电荷。另外，离子注入（ion implanting）也可能导致电荷的聚集。可见，这种由工艺带来的影响我们是无法彻底消除的，但是，这种影响却是可以尽量减小的。这些电要放到哪里去呢？我们知道，在CMOS工艺中，P型衬底是要接地的，如果这些收集了电荷的导体和衬底间有电气通路的话，那么这些电荷就会跑到衬底上去，将不会造成什么影响；如果这条通路不存在，这些电荷还是要放掉的，那么，在哪放电就会对哪里造成不可挽回的后果，一般来讲,最容易遭到伤害的地方就是gate oxide。通常，我们用“antenna ratio”来衡量一颗芯片能发生“antenna effect”的几率。

“antenna ratio”的定义是：构成所谓“天线”的导体（一般是metal）的面积与所相连的gate oxide的面积的比率。这个比率越大，就越容易发生antenna effect。这个值的界定与工艺和生产线有关，经验值是300：1。我们可以通过DRC来保证这个值。随着工艺技术的发展，gate的尺寸越来越小，metal的层数越来越多，发生antenna effect的可能性就越大，所以，在0.4um/DMSP/TMSP以上工艺，我们一般不大会考虑antenna effect，而在0.25um以下工艺，我们就不得不考虑这个问题了。

避免措施：

减小与栅连接的多晶硅和金属一面积，令其在所接栅面积的100倍以下：

采用第二层金属过渡。

天线效应解决方案

天线效应解决方案 篇一：天线效应及解决方法 干蚀刻（etch）需要使用很强的电场驱动离子原浆，在蚀刻gate poly和氧化层边的时候，电荷可能积累在gate poly上，并产生电压足以使电流穿过gate的氧化层，虽然这种状况通常不会破坏gate氧化层，但会降低其绝缘程度。这种降低程度于gate氧化层面积内通过的电荷数成正比。每一poly区积累的正电荷与它的面积成正比，如果一块很小的gate氧化层连接到一块很大的poly图形时，就可能造成超出比例的破坏，因为大块的poly区就像一个天线一样收集电荷，所以这种效应称为天线效应，天线效应也会发生在source/drain的离子植入时。天线效应与poly和gate氧化层的面积之比成正比（对于 pmos和nmos,要分开计算gate氧化层的面积，因为它们的击穿电压不同）。当这个比值达到数百倍时，就可能破坏氧化层。大多数的layout中都可能有少数这样大比值的poly图形。 下图为一个可能产生天线效应的例子：mos M1的gate 由 poly连接至M2，当M1和M2距离够长造成poly和M1 gate 氧化层面积之比太大，从而可能破坏M1的gate氧化层。 消除天线效应的方法主要是设法降低接到gate的 poly面积。见右图，在poly接至gate增加一个metal

跳线，即减小了接至gate的poly与gate氧化层的面积之比，起到消除天线效应的作用。 天线效应产生的静电破坏也会发生在metal蚀刻时。如果metal接到diffusion时，极少会产生静电破坏，因为diffsion可以卸掉静电，所以top metal 一般不用考虑天线效应的问题（基本上每条top metal都会接到diffusion上）。对于下层metal则不然，没有接到diffusion的下层metal当其接至gate 时，如面积过大，就极易产生天线效应。解决方 法：在下层metal上加一个top metal的跳线，如无法加top metal跳线，可以连接一个最小size的 Nmoat/P-epi或Pmoat/nwell的二极管，原则上这个二极管不可以影响线路的正常工作 篇二：PCB 中集成电路的天线效应 PCB 中集成电路的天线效应 如摩尔定律所述，数十年来，集成电路的密度和性能迅猛增长。众所周知，这种高速增长的趋势总有一天会结束，人们只是不知道当这一刻来临时，集成电路的密度和性能到底能达到何种程度。随着技术的发展，集成电路密度不断增加，而栅氧化层宽度不断减少，超大规模集成电路中常见的多种效应变得原来越重要并难以控制。天线效应便是其中之

天线增益及半功率角的定义

天线是将传输线中的电磁能量有效地转化成自由空间的电磁波能量或将空间电磁波有效地转化成传输线中的电磁能的设备。天线是无源器件，所以仅仅起到能量转化作用而不能放大信号，那么我们所说的某天线的增益是18dBi，是指什么呢？ 天线增益：是指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。 一般把天线在最大辐射方向上的场强E与理想各向同性天线（理想点源）均匀辐射场强E0相比，以功率密度增强的倍数定义为增益。即：D=E2/E02 半波振子：两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。半波对称振子的增益为G=2.15dBi，它是构成高增益天线的基本辐射单元。 增益的单位：dBd、dBi. 一般认为dBi和dBd表示同一个增益，用dBi表示的值比用dBd表示的要大2.15 dBi。 dBi的参考基准为全方向性天线,dBi是天线方向性的一个指标；dBi是指天线相对于无方向天线的功率能量密度之比；i—isotropic[,a?s?'trɑp?k] dBd的参考基准为偶极子,dB是指相对于半波振子的功率能量密度之比，半波振子的增益为2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi；d—Dipole['daip?ul] 双极化振子，它包括两对相互垂直的偶极子+金属安装板+两个馈电金属钩

天线中心方向信号辐射最强，往两边信号逐渐减小。 半功率角： 所谓半功率角就是主瓣上，功率下降到最强方向（主瓣方向）一半（3dB）的夹角，比方说90度，就是说从主方向往左右各45度，功率就下降一半。半功率角反映了天线能量的集中程度。

有水平半功率角和垂直半功率角之分，常见的90/65都是水平半功率角。 波瓣宽度： 主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度，称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。 水平波瓣宽度是指在水平面的半功率波瓣宽度。天线水平波瓣宽度决定了水平方向覆盖范围；垂直波瓣宽度是指在垂直面的半功率波瓣宽度。天线垂直波瓣宽度决定了高度方向及纵向覆盖。

天线简介

天线一般理论简介 为了有效斯将能量从发射机馈送到天线,需要解决如下三个问题：1、有效地进行能量转换，提高辐射功率或提高天线系统的信噪比，天线作为传输线的终端负载，要求天线与传输线匹配；2、天线作为一种辐射或接受器件，应具有向所需方向辐射无线电波的能力；3、天线作为一种极化器件，可分为线极化，圆极化和椭圆极化。在同一系统中收发天线应具有相同的极化形式。天线一般都是可逆的，即同一副天线即可用做接收天线，也可用作发射天线。天线按结构形式分为两大类：一类是导线，金属棒或金属板构成的天线，称为线天线；另一类是似声学或光学设备，由金属面或介质面构成的面天线。 一、基本元的辐射: 1、电基本振子的辐射 给出在球坐标原点沿z 轴放置的电基本振子在各向同性理想均匀无限大自由空间的表达式： 3202 32022 cos 41sin 41 sin 40 jkr A r jkr A jkr A r I l j k E e r r I l j k jk E e r r r I l jk H e r r H H E θ?θ?θπωεθπωεθπ---? ?= -+ ?????=-+- ?????= + ??? ===注：9 02 2 000 010 362/E 120H k k θ? εεπ πλωεμηπ-== === =相移常数；波阻抗（远区场） （1）近区场

当kr<<1时称为近区场，此时 2 3 3 sin 42 cos 41 sin 40 A A r A r I l H r I l E j r I l E j r H H E ?θθ?θ πθωεπθ ωεπ= =-=-=== 不难看出，上述表达式和稳态场的公式完全相符，因此，近区场又称为似稳区。场随距离的增大而迅速减少。电场滞后于磁场90度，因此复坡印延矢量是虚数(12S E H =?),每周平均 辐射的功率为零。这种没有能量向外辐射的场称之为“感应场”。 （2）远区场 当kr>>1时称为远区场，此时60sin e sin e 20 jkr A jkr A r r I l E j r I l H j r E H H E θ? θ?πθλθλ--==≈=== 此时，有电场和磁场两个分量在空间相互垂直且与r 矢径方向垂直，三者构成右手螺旋系统。电场、磁场在时间上同相，其复坡印延矢量* 12S E H =?是实数，为有功功率且指向r 增加的 方向上。二者比值为一实数0 120η π =，所以仅需讨论二者之一。 且电基本振子远区场是沿着径向向外传播的横电磁波TEM 。在0180 o o θ =、方向上辐射为0，在90 o θ =方向辐射最强。方向图： E 面（包含振子轴）为一个8字形，H 面（垂直振子轴）为一个圆。 （3）辐射功率

天线基本参数说明

天线有五个基本参数：方向性系数、天线效率、增益系数、辐射电阻和天线有效高度。这些参数是衡量天线质量好坏的重要指标。 【天线的方向性】是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。它的这种能力可采用方向图，方向图主瓣的宽度，方向性系数等参数进行描述。所以方向性是衡量天线优劣的重要因素之一。天线有了方向性，就能在某种程度上相当于提高发射机或接收机的效率，并使之具有一定的性和抗干扰性。 【方向性图】方向性图是表示天线方向性的特性曲线，即天线在各个方向上所具有的发射或接收电磁波能力的图形。 实用天线处在三度几何空间中，所以，它的方向性图应该是个立体图。在这个立体图中，由于所取的截面不同而有不同的方向性图。最常用的是水平面的方向性图（即和平行的平面的方向性图）和垂直面的方向性图（即垂直于的平面的方向性图）。有的专业书籍上也称赤道面方向性图或子午面方向性图。 【波瓣宽度】有时也称波束宽度。系指方向性图的主瓣宽度。一般是指半功率波瓣宽度。当 L/λ数值不同时，其波瓣宽度也不同。L/λ比值增加时，方向图越尖锐，但当（L/λ）＞0.5时，除了与振子轴垂直的方向有最大的主瓣外，还可能出现付瓣。因此，波瓣宽度越小，其方向性越强，性也强，干扰邻台的可能性小。所以，对于超短波，微波等所用的天线，登记主瓣宽度这一指标，是十分重要的。

【方向性系数】方向性系数是用来表示天线向某一个方向集中辐射电磁波程度（即方向性图的尖锐程度）的一个参数。为了确定定向天线的方向性系数，通常以理想的非定向天线作为比较的标准。 任一定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的条件下，非定向天线的总辐射功率对该定向天线的总辐射功率之比。 按照上面的定义，由于定向天线在各个方向上的辐射强度不等，故天线的方向性系数也随着观察点的位置而不同，在辐射电场最大的方向，方向性系数也最大。通常如果不特别指出，就以最大辐射方向的方向性系数作为定向天线的方向性系数。 在中波和短波波段，方向性系数约为几到几十；在米波围，约为几十到几百；而在厘米波波段，则可高达几千，甚至几万。 【辐射电阻】发射天线的辐射功率与馈电点的有效电流平方之比，称为天线的辐射电阻。 辐射电阻是一个等效电阻，如果用它来代替天线，就能消耗天线实际辐射的功率。因此，采用辐射电阻这个概念，可以简化天线的有关计算。 辐射电阻的大小取决于天线的尺寸、形状以及馈电电流的波长。因为发射天线的任务是辐射电磁波，所以在装置天线时总是适当地选择其尺寸和形状，使辐射电阻尽可能大一些。

华为TDLTE功率配置说明

TD-LTE功率配置指导书 华为技术有限公司 版权所有侵权必究 目录 1 基本知识 LTE导频图案........................................... 功率参数的概念 ........................................ 天线端口映射方式 ...................................... RS Power Boosting ..................................... 2 导频功率对网络性能的影响 对覆盖的影响 .......................................... 对容量的影响 .......................................... 3 产品功率配置 基本概念 .............................................. 配置方法 .............................................. 已知RRU功率配置导频功率.......................... 已知导频功率计算RRU功率.......................... 功率配置原则 .......................................... 功率配置建议 .......................................... 两天线............................................ 四天线............................................ 八天线............................................

UHF低功率小型天线的设计要点之令狐文艳创作

UHF低功率小型天線的設計要點 ● 令狐文艳 ●前言 ●談天線 ●天線格調 ●天線的特性 ●鞭狀天線 ●短鞭狀天線 ●平面螺旋天線 前言 最近有幾個小型的無線電網路系統正在發展當中，比較有名氣的包括有藍芽系統(Blue-Tooth)及HomeRF等，這些都是微功率的通訊系統，自然也會大量牽涉到選用的天線系統。 另外，不論是保全或者是汽車遙控等其它民生用途，也應用到許多的微功率無線電通訊。還有許多其它像是影音傳輸等消費性電子產品，也應用到不少的微功率無線電系統。 在這些應用當中，最為普遍的首推ISM波段(註1)的應用，因為依照國際電訊聯盟(ITU)的規範，使用ISM波段不需要申請執照，也就是該波段是屬於開放性的，因此這裡也就以ISM波段應用的天線為例子來做說明，其中使用最普遍的頻率是 434MHz及916MHz(註2)。 一般開放性資料庫當中，有關UHF小型天線的資料非常有限。對於微功率無線電通訊相關產品而言，天線的品質非常重要，因為它主宰了有效的通訊距離，因此天線的選用與設計是非常重要的。 此類產品的設計中，於天線設計方面，除了成本考量外，還必須要選對天線的種類，才能達到最好的成本/性能比。

除此之外，與發射機及接收機的匹配與調諧也非常重要，為了要有最佳的整體性能，設計者自然要懂得天線的工作原理，以及應用時的一些重要考慮因素。本文最主要的目的是希望能夠協助此類天線的非專業設計者，能夠從有限的基本知識中，以很有效率的方式，完成最佳的天線設計。 在未進入主題之前，先以淺顯的方式來介紹早期天線發展的歷史，雖然這是以業餘無線電的眼光及角度去看的，但是早期無線電的發展與業餘無線電的發展，幾乎是可以畫上等號的，因此，這實際上也可以說是無線電天線的發展史。 一門失落的藝術-正本清源談天線 如果你是一位資深的業餘無線電愛好者，那麼我想你一定也熟悉天線（Antenna）的另一個名稱，叫做Aerial，所謂Aerials就是指一條條用來發射或接收無線電訊號的長導線；當然這是指高科技人員在還沒將它們發揚光大，並稱它們為天線之前的情況。一群無線電盤古開天的無線電家們，經常利用各種導線來測試他們所發明或改良的無線電機器，一般情況下是雜訊橫飛，更慘的是導線融化，再不然呢就是真空管燒了一大堆，或者是保險絲燒了一大片。 我完全沒有正規的天線理論基礎與這方面的學府教育，所以決定用“以古鑑今”的方式來了解天線。當然最主要的是，我打算介紹幾種原先被認為不可能實現的天線，但實際上使用如常，那其中的奧秘自然值得探討。 天線的發展歷史 ■Whire無意中發現了天線 我們一路回到最早期的無線電發展，在電力未發明以前，所有的機器大都是以煤油供應動力。最早期的一個實驗家名叫懷爾(Whire)，他發明的無線電發射機可以發出很大的火花，實際上他發明的就是以火花放電原理，來產生無線電波的火花放電發射機。但是在實驗過程當中讓他最納悶的是，試用了無數的方法，就是無法很清楚地接收到這部火花發射機所發射出來的訊號。

屏蔽理论

屏蔽技术 1 概述 电磁兼容设计应达到两个目的：一是通过优化电路和结构方案的设计，将干扰源本身产生的电磁噪声减低到能接受的水平；一是通过各种干扰抑制技术，将干扰源与被干扰电路之间的耦合减弱到能接受的程度。屏蔽技术是达到上述目的的最重要的手段之一。 按要屏蔽的电磁场性质分类，屏蔽技术通常分为三大类：电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。电场屏蔽一般针对静电场和低频交变电场的屏蔽，磁场屏蔽主要针对直流磁场屏蔽和低频交流磁场屏蔽，电磁场屏蔽主要针对同时存在电磁及磁场的高频辐射电磁场的屏蔽。 按屏蔽体的结构分类，可以分为完整屏蔽体屏蔽（屏蔽室或屏蔽盒等）、非完整屏蔽体屏蔽（带有孔洞、金属网、波导管及蜂窝结构等）以及编织带屏蔽（屏蔽线、电缆等）。 2 屏蔽的基本原理 2.1 电场屏蔽 我们知道，当一个带有正电或负电的物体靠近一个导体时，就会在该导体上产生感应电荷，当电荷平衡时，靠近物体的一边产生和该物体极性相反的等量电荷，另外一边产生和该物体极性相同的等量电荷，这个就是静电感应现象。倘若感应的电场很强，且物体距离很近，就会发生静电放电。静电放电是有危害的，比如人体接触一块电路板或电子装置的某个部位时，就可能造成静电放电，尽管放电电流我们可能感觉不到，但一些器件或许就会因为这次放电而损坏。 表2-1 常见半导体器件的静电放电易损电压参考值 是否处于外电场中，必定为等势体，其内部场强为零，这是静电屏蔽的理论基础。因为封闭导体壳内的电场具有典型意义和实际意义，我们以封闭导体壳内的电场为例对静电屏蔽作一些讨论。 若壳内无带电体而壳外有电荷q，则静电感应使壳外壁带电，静电平衡时壳内无电场。这并不是说壳外电荷不在壳内激发电场。由于壳外壁感应出异号电荷，它们与q在壳内空间任一点激发的合场强为零，因而导体壳内部不会受到壳外电荷q或其他电场的影响。壳外壁

天线增益的计算公式

天线增益的计算公式 骆驼发表于 2008-01-09 02:34 | 来源： | 阅读 2,179 views 天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以这样来理解增益的物理含义 ------ 为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要 100W 的输入功率，而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100 / 20 = 5W 。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的增益为 G=2.15dBi。4 个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为 G=8.15dBi( dBi 这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源 )。 如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是 dBd 。 半波对称振子的增益为 G=0dBd （因为是自己跟自己比，比值为 1 ，取对数得零值。）垂直四元阵，其增益约为 G=8.15 – 2.15=6dBd 。 天线增益的若干计算公式 1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益： G（dBi）=10Lg{32000/（2θ3dB,E×2θ3dB,H）} 式中， 2θ3dB,E与2θ3dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度； 32000 是统计出来的经验数据。 2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益： G（dBi）=10Lg{4.5×（D/λ0）2} 式中， D 为抛物面直径； λ0为中心工作波长； 4.5 是统计出来的经验数据。 3）对于直立全向天线，有近似计算式 G（dBi）=10Lg{2L/λ0} 式中， L 为天线长度； λ0 为中心工作波长； 天线的增益的考量

各种天线功率、符号详细说明

什么是dBi、dBd、dB、dBm、dBc-技术文章 真正意义上的全向天线的方向图应该是球星但是现在使用中所说的全向天线其实都只是在水平面上是圆，在垂直面上是一个长条立体上理解就是个面包圈定向天线是个大鸭梨从能量守恒上解释就是把球星的能量压缩在面包圈里当然就会出现增益，天线是无源器件本身没有放大作用，就是因为天线内部的振子的排列使本来全方位的发射集中在一定区域内才会有叠加的作用，使得天线产生增益所以压缩的越厉害的天线增益也就越高. 天线增益G 我们也可用增益来表示天线集中辐射的程度。天线在某一方向的增益定义为：在相同的输入功率下，天线在某一方向某一位置产生的电场强度的平方（E2）与无耗理想点源天线在同一方向同一位置产生的电场强度的平方（E02）的比值，通常以G表示。 G=E2/E02（同一输入功率） 同样，增益也可以这样来确定：在某一方向向某一位置产生相同电场强度的条件下，无耗理想点源天线的输入功率（Pino）与天线的输入功率（Pin）的比值，即称为该天线在该点方向的增益。 G=Pino/Pin（同一电场强度） 通常是以天线在最大辐射方向的增益作为这一天线的增益。增益通常用分贝表示。即： G=101gPino/Pin天线增益的计算：G=η4πS/λ2=η（π/λ）2D2式中，S-天线口径面积（平方米）；λ-工作波长（米）；D-抛物面口径（即面口直径）（米）；η-天线效率。 答： 1、增益是用来表示天线集中辐射的程度。其在某一方向的定义是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。增益的单位用“dBi”或“dBd”表示。

微波技术与天线复习的题目选

微波技术与天线复习题选 微波基本概念： 微波通常是指波长为至的电磁波。 微波通常是指频率以到的电磁波。 以波长划分，微波通常分为波，波，波，波。 在微波工程中，C波段是指厘米波，χ波段是指厘米波。L 波段是指厘米波，S波段是指厘米波。 微波炉是利用某些物质吸收微波能所产生的效应进行的。 微波波段中的mm和mm波可以无阻地通过大气游离层，是电磁波通讯的宇宙窗口。 传输线参量特性： 当负载阻抗为时，无耗传输线为行驻波状态，此时传输线上反射系数的模驻波比为。当负载阻抗为时，无耗传输线为行波状态，此时传输线上反射系数的模驻波比为。 当负载阻抗为时，无耗传输线为纯驻波状态，此时传输线上反射系数的模驻波比为。传输线终端短路时，其反射系数的模|Г（）|= ，驻波比= ，离负载λ/4处的输入阻抗 只有当负载为时，才能产生行驻波状态，此时传输线上的反射系数的模介于和之间 传输线上的负载给定后，沿无损耗传输线移动时，其反射系数Г（）按下列规律变化：模，辐角按而变。 传输线处于行波工作状态时，沿线电压和电流具有相相位，它们各自的振幅保持，输入阻抗亦是个量，且等于阻抗。 传输线终端短路时，其反射系数的模|Г（）|= ；传输线终端接匹配负载时，其反射系数的模|Г（）

|= 。（设传输线为无损耗线） 在阻抗圆图上沿等驻波比圆旋转时；顺时针旋转，代表传输线上参考面向方向移动，通时针旋转代表传输线上参考面向方向移动。 对串联等效短路应用圆图，对并联等效电路应用圆图。 当负载阻抗为时，传输线上为行驻波状态，此时传输线上的驻波比为。 求图示传播线电路A，B端的输入阻抗。 圆图基本概念： 试画一阻抗圆图简图。並标出感性半圆。容性半圆、可调匹配圆及纯电抗圆。 在复平面上作出阻抗圆图的简图，并在上面标出短路点、开路点、匹配点、可调匹配圆。 在阻抗圆图上沿等圆旋一周，相当于在传输线上移动。 在阻抗圆图上，归一化电阻= 的圆称为可调圆。 在阻抗圆图上，归一化电抗= 的线称为纯线。 在阻抗圆图上，归一化电阻= 的点称为短路点，归一化电抗=的点称为开路点。 在阻抗圆图上，归一化电阻= 的圆称为圆。 圆图应用： 一无耗传输线的负载阻抗为50+50 ，传输线特性阻抗为50 ，试用公式方法求出其反射系数和驻波比。已知平行双线传输线的特性阻抗为250Ω，负载阻抗为500—j150Ω，求距离终端4.8λ处的输入导纳。

实用文库汇编之天线增益及半功率角的定义

*作者：蛇从梁* 作品编号：125639877B 550440660G84 创作日期：2020年12月20日 实用文库汇编之天线是将传输线中的电磁能量有效地转化成自由空间的电磁波能量或将空间电磁波有效地转化成传输线中的电磁能的设备。天线是无源器件，所以仅仅起到能量转化作用而不能放大信号，那么我们所说的某天线的增益是18dBi，是指什么呢？ 天线增益：是指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。 一般把天线在最大辐射方向上的场强E与理想各向同性天线（理想点源）均匀辐射场强E0相比，以功率密度增强的倍数定义为增益。即：D=E2/E02 半波振子：两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。半波对称振子的增益为G=2.15dBi，它是构成高增益天线的基本辐射单元。 增益的单位：dBd、dBi. 一般认为dBi和dBd表示同一个增益，用dBi表示的值比用dBd表示的要大

2.15 dBi。 dBi的参考基准为全方向性天线,dBi是天线方向性的一个指标；dBi是指天线相对于无方向天线的功率能量密度之比；i—isotropic[,a?s?'trɑp?k] dBd的参考基准为偶极子,dB是指相对于半波振子的功率能量密度之比，半波振子的增益为2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi；d—Dipole['daip?ul] 双极化振子，它包括两对相互垂直的偶极子+金属安装板+两个馈电金属钩 在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣。 天线中心方向信号辐射最强，往两边信号逐渐减小。 半功率角： 所谓半功率角就是主瓣上，功率下降到最强方向（主瓣方向）一半（3dB）的夹角，比方说90度，就是说从主方向往左右各45度，功率就下降一半。半功率角反映了天线能量的集中程度。 有水平半功率角和垂直半功率角之分，常见的90/65都是水平半功率角。 波瓣宽度： 主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度，称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。 水平波瓣宽度是指在水平面的半功率波瓣宽度。天线水平波瓣宽度决定了水平方向覆盖范围；垂直波瓣宽度是指在垂直面的半功率波瓣宽度。天线垂直波瓣宽度决定了高度方向及纵向覆盖。

天线效应

Antenna Effect 天线效应： 当大面积的金属1直接与栅极相连，在金属腐蚀过程中，其周围聚集的离子会增加其电势，进而使栅电压增加，导致氧化层击穿。大面积的多晶硅也有可能出现天线效应。 打个简单的比方，在宏观世界里，广播、电视的信号，都是靠天线收集的，在我们芯片里，一条条长的金属线或者多晶硅(polysilicon)等导体，就象是一根根天线，当有游离的电荷时，这些“天线”便会将它们收集起来，天线越长，收集的电荷也就越多，当电荷足够多时，就会放电。 那么，哪里来的这么多的游离电荷呢？IC现代制程中经常使用的一种方法是离子刻蚀（plasma etching），这种方法就是将物质高度电离并保持一定的能量，然后将这种物质刻蚀在wafer上，从而形成某一层。理论上，打入wafer的离子总的对外电性应该是呈现中性的，也就是说正离子和负离子是成对出现，但在实际中，打入wafer的离子并不成对，这样，就产生了游离电荷。另外，离子注入（ion implanting）也可能导致电荷的聚集。可见，这种由工艺带来的影响我们是无法彻底消除的，但是，这种影响却是可以尽量减小的。这些电要放到哪里去呢？我们知道，在CMOS工艺中，P型衬底是要接地的，如果这些收集了电荷的导体和衬底间有电气通路的话，那么这些电荷就会跑到衬底上去，将不会造成什么影响；如果这条通路不存在，这些电荷还是要放掉的，那么，在哪放电就会对哪里造成不可挽回的后果，一般来讲,最容易遭到伤害的地方就是gate oxide。通常，我们用“antenna ratio”来衡量一颗芯片能发生“antenna effect”的几率。

“antenna ratio”的定义是：构成所谓“天线”的导体（一般是metal）的面积与所相连的gate oxide的面积的比率。这个比率越大，就越容易发生antenna effect。这个值的界定与工艺和生产线有关，经验值是300：1。我们可以通过DRC来保证这个值。随着工艺技术的发展，gate的尺寸越来越小，metal的层数越来越多，发生antenna effect的可能性就越大，所以，在0.4um/DMSP/TMSP以上工艺，我们一般不大会考虑antenna effect，而在0.25um以下工艺，我们就不得不考虑这个问题了。 避免措施： 减小与栅连接的多晶硅和金属一面积，令其在所接栅面积的100倍以下： 采用第二层金属过渡。

天线功能与工作原理

中国联通江苏分公司 技 术 交 流 材 料 江苏靖江亚信电子科技有限公司二00三年六月十一日 目录

一、天线功能与工作原理 (3) 二、天线的分类 (6) 三、性能指标与检测方法 (9) 四、天线结构和质量保证 (14) 五、天线选型原则 (20) 一、天线功能与工作原理 用来进行无线通讯的手机和基站，在空中是通过无线电波来传递信息的，需要有无线电波的辐射和接收。在无线电技术设备中，用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。 天线的功能首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的装置并

不一定都能用来作为天线，任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间辐射电磁波，或者从周围空间接收电磁波，但是并非任何高频电路都能用作天线，因为辐射或接收效率有高有低，为了有效地辐射或接收电磁波，天线的结构形式应该满足一定的要求。 例如，像平行双导线传输线这样的封闭结构就不能用作天线，因为双导线传输线在周围空间激发的电磁场很微弱，终端开路的平行双导线传输线上的电流呈驻波分布。在两根互相平行的导线上，电流方向相反，线间距离远小于波长，所激发的电磁场在两线外部大部分空间中，由于相位相反而相互抵消。如果把两根导线的末端逐渐张开，辐射就会逐渐增强，当两根线完全张开时，张开的两臂短于半波长，上面电流的方向相同，在周围空中激发的电磁场在某些方向由于相位关系而互相抵消，在大部分方向则互相叠加，或者部分叠加、部分抵消，使辐射显著增强，这样的结构称为开放式结构，由末端开路的平行双导线传输线张开而成的天线，就是通常的对称振子天线。 作为基站天线，常常要求天线在水平面内向所有方向（一圈360o）均匀地辐射（或对所有方向具有同等的接收能力），具有这种特性的天线，叫做全向天线。而对某些基站天线，只要求能覆盖含有一定角度的一个扇区，这种天线叫做定向天线，对这种天线要求只向待定的扇形区域辐射（或只接收来自特定扇形区域的无线电波），在其它方向不辐射或辐射很弱（不能接收或接收能力很弱）。也就是说，要求天线具有所谓方向性。 如果天线没有方向性，无线电波呈球形向外均匀辐射，即所谓无方向性天线。此时，对发射天线来说，所辐射的功率中只有很少一部分到达所需要的方向，大部分功率浪费在不需要的方向上；对接收天线来说，在接收到所需要的信号同时，还接收到来自其它方向的干扰和噪声，甚至使信号完全淹没在干扰和噪

天线的基本参数

1.1天线的基本参数 从左侧的传输线的角度看，天线是一个阻抗（impedance）为Z的2终端电路单元（2-terminal circuit element），其中Z包含的电阻部分（resistive component）被称为辐射电阻（radiation resistance，R r）；从右侧的自由空间角度来看，天线的特征可以用辐射方向图（radiation pattern）或者包含场量的方向图。R r不等于天线材料自己的电阻，而是天线、天线所处的环境（比如温度）和天线终端的综合结果。 影响辐射电阻R r的还包括天线温度（antenna temperature，T A）。对于无损天线来说，天线温度T A和天线材料本身的温度一点都没有关系，而是与自由空间的温度有关。确切地说，天线温度与其说是天线的固有属性，还不如说是一个取决于天线“看到”的区域的参数。从这个角度看，一个接收天线可以被视作能遥感测温设备。 辐射电阻R r和天线温度T A都是标量。另一方面，辐射方向图包括场变量或者功率变量（功率变量与场变量的平方成正比），这两个变量都是球体坐标θ和Φ的函数。 1.2天线的方向性（D，Directivity）和增益（G，Gain） D=4π/ΩA，其中ΩA是总波束范围（或者波束立体角）。ΩA由主瓣范围（立体角）ΩM+副瓣范围（立体角）Ωm。 如果是各向同性的（isotropic）天线，则ΩA=4π，因此D=1。各向同性天线具有最低的方向性，所有实际的天线的方向性都大于1。 如果一个天线只对上半空间辐射，则其波束范围ΩA=2π，因此D=4π/2π=2=3.01dBi。 简单短偶极子具有波束范围ΩA=2.67πsr，和定向性D=1.5（1.76dBi）。 如果一个天线的主瓣在θ平面和Φ平面的半功率波束宽度HPBW都是20度，则D=4πsr/ΩA sr=41000 deg2/(20 deg)*(20 deg) ≈103≈20dBi(dB over isotropic)。这意味着，当输入功率相同时，该天线在主瓣方向的辐射功率是各向同性天线的103倍。 天线增益G既考虑天线的方向性，又考虑天线的效率。G=kD。只要天线不是100%损耗，那么G就小于D。k是天线的效率因子（0≤k≤1）。天线效率只

无线网络WIFI天线原理

无线网络WIFI天线原理 1 天线 1.1 天线的作用与地位 无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。 *电磁波的辐射 导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。如图1.1 a 所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如图1.1 b 所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。必须指出，当导线的长度L 远小于波长λ 时，辐射很微弱；导线的长度L 增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。

1.2 对称振子 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子, 见图1.2 a 。另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子, 见图1.2 b。

版图设计中的天线效应

版图设计中的天线效应！ 最近做版图设计中，经常要考虑到天线效应，常用插入二极管的方法来消除天线效应，下面给出天线效应的解释： 打个简单的比方，在宏观世界里，广播、电视的信号，都是靠天线收集的， 在我们芯片里，一条条长的金属线或者多晶硅(polysilicon)等导体，就象是 一根根天线，当有游离的电荷时，这些“天线”便会将它们收集起来，天线 越长，收集的电荷也就越多，当电荷足够多时，就会放电。 那么，哪里来的这么多的游离电荷呢？IC现代制程中经常使用的一种方法 是离子刻蚀（plasma etching），这种方法就是将物质高度电离并保持一定的 能量，然后将这种物质刻蚀在wafer上，从而形成某一层。理论上，打入 wafer的离子总的对外电性应该是呈现中性的，也就是说正离子和负离子是 成对出现，但在实际中，打入wafer的离子并不成对，这样，就产生了游离 电荷。另外，离子注入（ion implanting）也可能导致电荷的聚集。可见，这 种由工艺带来的影响我们是无法彻底消除的，但是，这种影响却是可以尽量 减小的。 这些电要放到哪里去呢？我们知道，在CMOS工艺中，P型衬底是要接地 的，如果这些收集了电荷的导体和衬底间有电气通路的话，那么这些电荷就 会跑到衬底上去，将不会造成什么影响；如果这条通路不存在，这些电荷还 是要放掉的，那么，在哪放电就会对哪里造成不可挽回的后果，一般来讲， 最容易遭到伤害的地方就是gate oxide。 通常，我们用“antenna ratio”来衡量一颗芯片能发生“antenna effect”的几 率。“antenna ratio”的定义是：构成所谓“天线”的导体（一般是metal） 的面积与所相连的gate oxide的面积的比率。这个比率越大，就越容易发生antenna effect。这个值的界定与工艺和生产线有关，经验值是300：1。我们 可以通过DRC来保证这个值。随着工艺技术的发展，gate的尺寸越来越 小，metal的层数越来越多，发生antenna effect的可能性就越大，所以，在 0.4um/DMSP/TMSP以上工艺，我们一般不大会考虑antenna effect，而在 0.25um以下工艺，我们就不得不考虑这个问题了。

功率、增益及手机天线的介绍概要

功率及增益定义 1、功率单位mW 和dBm 的换算 无线电发射机输出的射频信号，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接收下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。因此在无线网络的工程中，计算发射装置的发射功率与天线的辐射能力非常重要。 Tx是发射（ Transmits ）的简称。无线电波的发射功率是指在给定频段范围内的能量，通常有两种衡量或测量标准： 1、功率（ W ）: 相对 1 瓦（ Watts ）的线性水准。例如，WiFi 无线网卡的发射功率通常为 0.036W ，或者说36mW 。 2、增益（ dBm ）:相对 1 毫瓦（ milliwatt ）的比例水准。例如 WiFi 无线网卡的发射增益为 15.56dBm 。 两种表达方式可以互相转换： 1、dBm = 10 x log[ 功率 mW] 2、mW = 10[ 增益 dBm / 10 dBm] 在无线系统中，天线被用来把电流波转换成电磁波，在转换过程中还可以对发射和接收的信号进行“放大”，这种能量放大的度量成为“增益（Gain ）”。天线增益的度量单位为“ dBi ”。由于无线系统中的电磁波能量是由发射设备的发射能量和天线的放大叠加作用产生，因此度量发射能量最好同一度量－增益（ dB ），例如，发射设备的功率为 100mW ，或20dBm ；天线的增益为 10dBi ，则: 发射总能量＝发射功率（ dBm ）＋天线增益（ dBi ） ＝ 20dBm ＋ 10dBi ＝ 30dBm

或者: ＝ 1000mW ＝ 1W 在“小功率”系统中（例如无线局域网络设备）每个 dB 都非常重要，特别要记住“ 3 dB 法则”。每增加或降低 3 dB ，意味着增加一倍或降低一半的功率： -3 dB = 1/2 功率 -6 dB = 1/4 功率 +3 dB = 2x 功率 +6 dB = 4x 功率 例如， 100mW 的无线发射功率为 20dBm ，而 50mW 的无线发射功率为 17dBm ，而200mW 的发射功率为 23dBm 。 功率/电平（dBm ）：放大器的输出能力，一般单位为W 、mW 、dBm 。dBm 是取1mW 作基准值，以分贝表示的绝对功率电平。 换算公式： 电平（dBm ）=10lgW 5W → 10lg5000 = 37dBm 10W → 10lg10000 = 40dBm 20W → 10lg20000 = 43dBm 从上不难看出，功率每增加一倍，电平值增加3dBm 2、dBm, dBi, dBd, dB, dBc都是什么意思，区别是什么？

天线效应及防护

天线效应：在芯片生产过程中，暴露的金属线或者多晶硅(polysilicon)等导体，就象是一 根根天线，会收集电荷(如等离子刻蚀产生的带电粒子)导致电位升高。天线越长，收集的电荷也就越多，电压就越高。若这片导体碰巧只接了MOS 的栅，那么高电压就可能把薄栅氧化层击穿，使电路失效，这种现象我们称之为"天线效应"。随着工艺技术的发展，栅的尺寸越来越小，金属的层数越来越多，发生天线效应的可能性就越大。 消除方法： 1) 跳线法。又分为"向上跳线"和"向下跳线"两种方式。跳线即断开存在天线效应的金属层，通过通孔连接到其它层(向上跳线法接到天线层的上一层，向下跳线法接到下一层)，最后再回到当前层。这种方法通过改变金属布线的层次来解决天线效应，但是同时增加了通孔，由于通孔的电阻很大，会直接影响到芯片的时序和串扰问题，所以在使用此方法时要严格控制布线层次变化和通孔的数量。 在版图设计中，向上跳线法用的较多，此法的原理是:考虑当前金属层对栅极的天线效应时，上一层金属还不存在，通过跳线，减小存在天线效应的导体面积来消除天线效应。现代的多层金属布线工艺，在低层金属里出现PAE 效应，一般都可采用向上跳线的方法消除。但当最高层出现天线效应时，采用什么方法呢?这就是下面要介绍的另一种消除天线效应的方法了。 2) 添加天线器件，给"天线"加上反偏二极管。通过给直接连接到栅的存在天线效应的金属层接上反偏二极管，形成一个电荷泄放回路，累积电荷就对栅氧构不成威胁，从而消除了天线效应。当金属层位置有足够空间时，可直接加上二极管，若遇到布线阻碍或金属层位于禁止区域时，就需要通过通孔将金属线延伸到附近有足够空间的地方，插入二极管。 3) 给所有器件的输入端口都加上保护二极管。此法能保证完全消除天线效应，但是会在没有天线效应的金属布线上浪费很多不必要的资源，且使芯片的面积增大数倍，这是VLSI 设计不允许出现的。所以这种方法是不合理，也是不可取的。 4) 对于上述方法都不能消除的长走线上的PAE，可通过插入缓冲器，切断长线来消除天线效应。 在实际设计中，需要考虑到性能和面积及其它因素的折衷要求，常常将法1、法2 和法4 结合使用来消除天线效应。

智能天线工作原理

智能天线工作原理 [摘要] 智能天线包括射频天线阵列部分和信号处理部分，其中信号处理部分根据得到的关于通信情况的信息，实时地控制天线阵列的接收和发送特性。这些信息可能是接收到的无线信号的情况；在使用闭环反馈的形式时，也可能是通信对端关于发送信号接收情况的反馈信息。 [关键字] 无线通信智能天线 天线的方向图表示的是空间角度与天线增益的关系，对于全向天线来说，它的方向图是一个圆；对于阵列天线，可以通过调整阵列中各个元素的加权参数来形成更具方向性的天线方向图，形成主瓣方向具有较大增益，而其它副瓣方向增益较小的形式。智能天线正是一种能够根据通信的情况，实时地调整阵列天线各元素的参数，形成自适应的方向图的设备。这种方向图通常以最大限度地放大有用信号、抑制干扰信号为目的，例如将大增益的主瓣对准有用信号，而在其它方向的干扰信号上使用小增益的副瓣。图为一个智能天线结构的示例图。 智能天线包括射频天线阵列部分和信号处理部分，其中信号处理部分根据得到的关于通信情况的信息，实时地控制天线阵列的接收和发送特性。这些信息可能是接收到的无线信号的情况；在使用闭环反馈的形式时，也可能是通信对端关于发送信号接收情况的反馈信息。

我们以西安海天天线公司研发的智能天线为例，为大家详细介绍智能天线的原理。如图1和图2所示

下面以扇区阵列天线的性能介绍智能天线的工作原理。该智能天线阵列有两种工作模式。在蜂窝移动通信系统中，由于用户通常分布在不同方向（也有用户方向重合的情况），加之无线移动信道的多径效应，有用信号仅存在一定的空间分布而并非整个蜂窝小区或者整个扇区。当基站接收信号时，即在上行链路中，来自各个用户的有用信号到达基站的方向可能不同；当基站发射信号时，即在下行链路中，可被用户有效接收的也只是部分信号。考虑到上述因素，调整天线的方向图使其能定向性的发射和接收就非常合适了，这也就是波束形成（Beam Forming）（可在射频、中频或基带实现），把这种模式定义为工作模式。 智能天线系统在未通话状态时基站仍然需要向扇区内所有用户发送公共控制信息，并通过小区内不同方向的用户返回给基站的信息来判断用户方向和数量。这种功能要求基站天线的方向图能够均匀地覆盖整个扇区，即广播模式。如图3虚线所示。 而通常提到的波束形成分两种方法：切换波束阵列（Switching Beam Array）和跟踪波束阵列（Tracking Beam Array）。对于切换波束阵列，预先形成一定数量角度固定的窄波束，仅在数字信号处理中采用算法计算出切换到“最优”波束使波束指向期望用户方向。这种方法只能通过低副瓣来降低干扰。而跟踪波束阵列能够实时形成权值使主波束跟踪期望用户，并在干扰用户方向形成零陷以提高信噪比。这种方法的缺点是实时得到权值的计算量显著增加。 从阵列综合的角度出发，阵列形式的设计和激励权值的确定是两个核心的问题。阵列形式