为什么对讲机有很长的外置天线，而手机大多是内置天线？
这是一个非常好的问题，涉及到通信原理、技术发展和用户体验等多个方面。对讲机和手机在设计上的差异，很大程度上源于它们各自的设计目标、工作频率、发射功率和使用环境的不同。下面我将详细解释其中的原因：
对讲机的长外置天线
对讲机之所以需要长而明显的外置天线，主要有以下几个原因：
1. 高频通信与天线效率：
工作频率低： 传统的对讲机通常工作在VHF（甚高频，30300 MHz）或UHF（特高频，300 MHz 3 GHz）频段。虽然UHF也属于高频，但相对于手机广泛使用的2.4GHz WiFi或更高的蜂窝网络频率，对讲机的很多通信方式仍然处于相对较低的频率范围。
天线尺寸与波长关系： 天线的效率与其物理尺寸与工作波长的关系密切。一个理想的天线（如半波长偶极子天线）长度约为工作波长的一半。
例如，在VHF频段的150 MHz（0.15 GHz）时，波长 $lambda = c/f = (3 imes 10^8 , ext{m/s}) / (150 imes 10^6 , ext{Hz}) = 2$ 米。
一个半波长天线就需要1米长。
在UHF频段的450 MHz时，波长 $lambda = (3 imes 10^8) / (450 imes 10^6) = 0.67$ 米。
一个半波长天线就需要0.33米（约33厘米）长。
实际天线设计： 虽然对讲机不一定是完整的半波长天线，但其天线设计通常会尽量接近一个效率较高的尺寸，以接收和发射尽可能多的信号能量。因此，长外置天线是为了匹配其工作波长，提高辐射和接收的效率。
2. 信号传输距离与覆盖范围：
近乎直线传播： VHF和UHF频段的电波传播特性主要是视距传播（LineofSight, LOS）。这意味着信号路径上不能有太多的障碍物（墙壁、建筑物、山丘等）。
发射功率较高： 对讲机通常具有比手机更高的瞬时发射功率（例如，手持对讲机可能在1W到5W之间，车载对讲机更高）。更大的功率有助于克服信号衰减和环境阻碍。
天线效率是关键： 在视距传播和高功率的条件下，天线效率的任何微小提升都可能显著影响通信距离。高效率的天线能够将更多发射功率辐射出去，并更有效地捕捉微弱的接收信号，从而实现更远的通信距离（在无遮挡情况下，可能达到几公里甚至几十公里）。长外置天线是实现高效率的直接方式。
3. 鲁棒性和耐用性：
恶劣环境下的使用： 对讲机常用于户外、建筑工地、军事行动、消防救援等恶劣环境中。
物理强度： 外置天线通常设计得比较坚固，能够承受一定的撞击、弯曲和恶劣天气。内置天线则更脆弱，容易损坏。
易于维修和更换： 如果外置天线损坏，通常可以方便地拧下并更换，而无需拆卸整个设备。
4. 多功能性与频段选择：
较宽的频率范围： 很多对讲机需要覆盖多个频段，或者支持频率的微调。一个通用且高效的外置天线可以更好地适应不同频率的需求。
接收灵敏度： 不仅要发射，对讲机还需要良好的接收能力。长天线可以提供更宽的接收带宽和更高的灵敏度，从而捕捉到更微弱的信号。
手机的内置天线
手机设计成内置天线，主要出于以下考虑：
1. 高频通信与小型化：
工作频率极高： 现代智能手机工作在非常高的频率范围，包括：
蜂窝网络： 800 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz, 2100 MHz, 2600 MHz, 以及最新的5G频段（例如 3.5 GHz，甚至毫米波）。
WiFi： 2.4 GHz, 5 GHz，甚至 6 GHz。
蓝牙： 2.4 GHz。
GPS/GNSS： 1.5 GHz 1.6 GHz。
波长短： 在这些高频段，电波的波长非常短。
例如，在2.4 GHz（WiFi、蓝牙）时，波长 $lambda = (3 imes 10^8) / (2.4 imes 10^9) = 0.125$ 米（12.5厘米）。
半波长天线只需约6.25厘米。
在5 GHz（WiFi）时，波长 $lambda = (3 imes 10^8) / (5 imes 10^9) = 0.06$ 米（6厘米）。
半波长天线只需约3厘米。
天线尺寸缩小： 由于波长变短，实现高效天线的物理尺寸也大大减小。这使得将天线集成到手机内部成为可能。
2. 用户体验与美学设计：
便携性和外观： 智能手机是个人消费电子产品，用户更注重其便携性、握持舒适度和外观的简洁美观。长长的外置天线会严重影响这些方面，使其显得笨重且不够现代。
防止意外损坏： 内置天线隐藏在手机外壳内部，大大降低了被意外折断或损坏的风险。
防水防尘： 内置天线也更容易实现手机的防水防尘设计，因为它们不需要穿过外壳的开口。
3. 先进的天线技术与多天线系统：
MIMO（多输入多输出）： 现代手机广泛使用MIMO技术，即在手机和基站/WiFi路由器端使用多个天线来提高数据传输速率和通信质量。这意味着手机内部需要集成多组天线。
天线集成设计： 工程师们研发了多种紧凑型、高性能的天线技术，如PIFA（平面倒F天线）、FPC（柔性印刷电路天线）、PCB板载天线等。这些天线可以巧妙地布局在手机的边框、背板甚至主板上，通过内部的金属结构和电路板作为天线的一部分来工作。
优化与调谐： 尽管尺寸小，但通过精密的电磁仿真和调谐，这些内置天线可以在其工作频段内达到不错的效率。手机制造商会根据手机内部空间和设计，对天线进行优化布局，以尽量减少相互干扰并获得最佳性能。
4. 通信模式与网络基础设施：
蜂窝网络的智能切换与基站密集： 手机的通信依赖于庞大且密集的蜂窝网络基础设施。即使手机信号稍弱，网络也会尝试将手机连接到最近的、信号最好的基站。同时，手机会不断扫描和切换到信号最优的网络。
辅助通信技术： 手机使用多种技术来改善通信质量，如信号增强算法、信道编码、自适应调制和编码（AMC）等。这些技术可以在一定程度上弥补天线效率的不足。
WiFi 的近距离优势： WiFi通信通常在室内或近距离使用，此时信号强度足以支持内置天线的工作。
总结来说：
对讲机 需要长外置天线是为了在相对较低的频率下，通过增大物理尺寸来提高天线效率，从而实现更远的视距通信距离和在恶劣环境下的可靠通信。这是对其工作方式和环境最直接和有效的解决方案。
手机 采用内置天线是由于其工作频率高，对应的波长短，使得小型化高效天线成为可能。同时，内置天线极大地提升了手机的用户体验（便携、美观、耐用），并且得益于先进的天线技术和密集的基础通信设施，手机可以在不牺牲太多通信性能的情况下实现这一设计。
科技的进步使得天线设计越来越精巧，能够将高性能天线集成到越来越小的设备中，这是对讲机和手机天线设计差异的最根本原因。
对讲机的长外置天线
对讲机之所以需要长而明显的外置天线，主要有以下几个原因：
1. 高频通信与天线效率：
工作频率低： 传统的对讲机通常工作在VHF（甚高频，30300 MHz）或UHF（特高频，300 MHz 3 GHz）频段。虽然UHF也属于高频，但相对于手机广泛使用的2.4GHz WiFi或更高的蜂窝网络频率，对讲机的很多通信方式仍然处于相对较低的频率范围。
天线尺寸与波长关系： 天线的效率与其物理尺寸与工作波长的关系密切。一个理想的天线（如半波长偶极子天线）长度约为工作波长的一半。
例如，在VHF频段的150 MHz（0.15 GHz）时，波长 $lambda = c/f = (3 imes 10^8 , ext{m/s}) / (150 imes 10^6 , ext{Hz}) = 2$ 米。
一个半波长天线就需要1米长。
在UHF频段的450 MHz时，波长 $lambda = (3 imes 10^8) / (450 imes 10^6) = 0.67$ 米。
一个半波长天线就需要0.33米（约33厘米）长。
实际天线设计： 虽然对讲机不一定是完整的半波长天线，但其天线设计通常会尽量接近一个效率较高的尺寸，以接收和发射尽可能多的信号能量。因此，长外置天线是为了匹配其工作波长，提高辐射和接收的效率。
2. 信号传输距离与覆盖范围：
近乎直线传播： VHF和UHF频段的电波传播特性主要是视距传播（LineofSight, LOS）。这意味着信号路径上不能有太多的障碍物（墙壁、建筑物、山丘等）。
发射功率较高： 对讲机通常具有比手机更高的瞬时发射功率（例如，手持对讲机可能在1W到5W之间，车载对讲机更高）。更大的功率有助于克服信号衰减和环境阻碍。
天线效率是关键： 在视距传播和高功率的条件下，天线效率的任何微小提升都可能显著影响通信距离。高效率的天线能够将更多发射功率辐射出去，并更有效地捕捉微弱的接收信号，从而实现更远的通信距离（在无遮挡情况下，可能达到几公里甚至几十公里）。长外置天线是实现高效率的直接方式。
3. 鲁棒性和耐用性：
恶劣环境下的使用： 对讲机常用于户外、建筑工地、军事行动、消防救援等恶劣环境中。
物理强度： 外置天线通常设计得比较坚固，能够承受一定的撞击、弯曲和恶劣天气。内置天线则更脆弱，容易损坏。
易于维修和更换： 如果外置天线损坏，通常可以方便地拧下并更换，而无需拆卸整个设备。
4. 多功能性与频段选择：
较宽的频率范围： 很多对讲机需要覆盖多个频段，或者支持频率的微调。一个通用且高效的外置天线可以更好地适应不同频率的需求。
接收灵敏度： 不仅要发射，对讲机还需要良好的接收能力。长天线可以提供更宽的接收带宽和更高的灵敏度，从而捕捉到更微弱的信号。
手机的内置天线
手机设计成内置天线，主要出于以下考虑：
1. 高频通信与小型化：
工作频率极高： 现代智能手机工作在非常高的频率范围，包括：
蜂窝网络： 800 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz, 2100 MHz, 2600 MHz, 以及最新的5G频段（例如 3.5 GHz，甚至毫米波）。
WiFi： 2.4 GHz, 5 GHz，甚至 6 GHz。
蓝牙： 2.4 GHz。
GPS/GNSS： 1.5 GHz 1.6 GHz。
波长短： 在这些高频段，电波的波长非常短。
例如，在2.4 GHz（WiFi、蓝牙）时，波长 $lambda = (3 imes 10^8) / (2.4 imes 10^9) = 0.125$ 米（12.5厘米）。
半波长天线只需约6.25厘米。
在5 GHz（WiFi）时，波长 $lambda = (3 imes 10^8) / (5 imes 10^9) = 0.06$ 米（6厘米）。
半波长天线只需约3厘米。
天线尺寸缩小： 由于波长变短，实现高效天线的物理尺寸也大大减小。这使得将天线集成到手机内部成为可能。
2. 用户体验与美学设计：
便携性和外观： 智能手机是个人消费电子产品，用户更注重其便携性、握持舒适度和外观的简洁美观。长长的外置天线会严重影响这些方面，使其显得笨重且不够现代。
防止意外损坏： 内置天线隐藏在手机外壳内部，大大降低了被意外折断或损坏的风险。
防水防尘： 内置天线也更容易实现手机的防水防尘设计，因为它们不需要穿过外壳的开口。
3. 先进的天线技术与多天线系统：
MIMO（多输入多输出）： 现代手机广泛使用MIMO技术，即在手机和基站/WiFi路由器端使用多个天线来提高数据传输速率和通信质量。这意味着手机内部需要集成多组天线。
天线集成设计： 工程师们研发了多种紧凑型、高性能的天线技术，如PIFA（平面倒F天线）、FPC（柔性印刷电路天线）、PCB板载天线等。这些天线可以巧妙地布局在手机的边框、背板甚至主板上，通过内部的金属结构和电路板作为天线的一部分来工作。
优化与调谐： 尽管尺寸小，但通过精密的电磁仿真和调谐，这些内置天线可以在其工作频段内达到不错的效率。手机制造商会根据手机内部空间和设计，对天线进行优化布局，以尽量减少相互干扰并获得最佳性能。
4. 通信模式与网络基础设施：
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WiFi 的近距离优势： WiFi通信通常在室内或近距离使用，此时信号强度足以支持内置天线的工作。
总结来说：
对讲机 需要长外置天线是为了在相对较低的频率下，通过增大物理尺寸来提高天线效率，从而实现更远的视距通信距离和在恶劣环境下的可靠通信。这是对其工作方式和环境最直接和有效的解决方案。
手机 采用内置天线是由于其工作频率高，对应的波长短，使得小型化高效天线成为可能。同时，内置天线极大地提升了手机的用户体验（便携、美观、耐用），并且得益于先进的天线技术和密集的基础通信设施，手机可以在不牺牲太多通信性能的情况下实现这一设计。
科技的进步使得天线设计越来越精巧，能够将高性能天线集成到越来越小的设备中，这是对讲机和手机天线设计差异的最根本原因。
网友意见
1，对讲机的工作频段通常很低，大约在几十MHz到几百MHz不等，这是因为多数对讲系统为了低成本的便利部署都没有中继台（或者基站），基本都是点对点－对讲机对对讲机模式，所以低的工作频段可以克服地貌和建筑物对于通信质量的影响，也就是频率越低传播越远；
2，正是因为频率低，所以对讲机的频率所对应的波长会比较长，波长等于光速除以频率。而天线如果能把对讲机信号尽可能高能量地发射出去就需要设计成"波长／2"的尺寸，你可以找个例子计算。对比移动通讯的手机，如果频率低十倍，则对应的波长就高出去十倍，天线尺寸也就更大；
3，当然，完善地去设计符合波长需求物理尺寸的天线在很多场合下是不切实际的，但尽可能向"波长／2"的尺寸去靠拢依然会获得更好的发射和接收效果，是工程上和电气设计上所要遵循的原则之一；
4，除此之外，手机毕竟是消费品，除了天线尺寸还需要考虑美观和携带性，这和对讲机的设计目标是不一致的，现在的手机虽然没有早期那种凸起的外部天线，但内部依然做了很多文章以便尽可能低保持天线的有效尺寸，比如微带天线、倒F的注模贴片天线，还比如apple的边框天线，都是这个设计目标。对比之下，对讲机的设计首要原则是良好的信号发射和接受能力，和可靠性，对于便携和美观的要求相对较低，这种条件下的大尺寸凸起天线是可以接受的。
FYI
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