天線

目錄
·概述
·天線參數(shù)




antenna -- 天線

天線是一種用來發(fā)射或接收無線電波——或更廣泛來講——電磁波的電子器件。天線應(yīng)用于廣播和電視、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線電通信、雷達(dá)和空間探索等系統(tǒng)。天線通常在空氣和外層空間中工作，也可以在水下運(yùn)行，甚至在某些頻率下工作于土壤和巖石之中。

從物理學(xué)上講，天線是一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體的組合，由它可因施加的交變電壓和相關(guān)聯(lián)交變電流而產(chǎn)生輻射的電磁場(chǎng)，或者可以將它放置在電磁場(chǎng)中，由于場(chǎng)的感應(yīng)而在天線內(nèi)部產(chǎn)生交變電流并在其終端產(chǎn)生交變電壓。


概述
基于特定三維（通常指水平或垂直）平面，可以把天線分為兩大基本類型：

全向天線（在平面中均勻輻射）
定向天線（又稱指向天線，在某方向輻射較多）

在自由空間內(nèi)，任何天線都向各個(gè)方向輻射能量，但是特定的架構(gòu)會(huì)使天線在某個(gè)方向上獲得較大方向性，而其它方向的能量輻射則可以忽略。

通過增加附加導(dǎo)體棒或線圈（稱之為單元）并改變其長(zhǎng)度、間距和方位（或者改變天線波束方向），可以制造出擁有既定特性的天線，如八木天線�！疤炀�陣列”或“天線陣”是指相當(dāng)數(shù)量的有源天線共享源或負(fù)載來產(chǎn)生定向的天線輻射方向圖。天線的空間關(guān)系通常也會(huì)影響其方向性。“有源單元”是指此天線單元的能量輸出由該單元內(nèi)部的能量源所決定（而不是僅由通過電路的信號(hào)能量）或者該單元能量輸出的能量源由信號(hào)輸入所控制。“天線引入線”是在信號(hào)源和有源天線之間傳輸信號(hào)能量的傳導(dǎo)裝置（如傳輸線或饋線）。它由有源天線延伸出來直達(dá)源�！疤炀�饋電”則是指有源天線和放大器之間的元件。


天線參數(shù)
影響天線性能的臨界參數(shù)有很多，通常在天線設(shè)計(jì)過程中可以進(jìn)行調(diào)整，如諧振頻率、阻抗、增益、孔徑或輻射方向圖、極化、效率和帶寬等。另外，發(fā)射天線還有最大額定功率，而接收天線則有噪聲抑制參數(shù)。

諧振頻率

“諧振頻率”和“電諧振”與天線的電長(zhǎng)度相關(guān)。電長(zhǎng)度通常是電線物理長(zhǎng)度乘以自由空間中波傳輸速度與電線中速度之比。天線的電長(zhǎng)度通常由波長(zhǎng)來表示。天線一般在某一頻率調(diào)諧，并在此諧振頻率為中心的一段頻帶上有效。但其它天線參數(shù)（尤其是輻射方向圖和阻抗）隨頻率而變，所以天線的諧振頻率可能僅與這些更重要參數(shù)的中心頻率相近。
天線可以在與目標(biāo)波長(zhǎng)成分?jǐn)?shù)關(guān)系的長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的頻率下諧振。一些天線設(shè)計(jì)有多個(gè)諧振頻率，另一些則在很寬的頻帶上相對(duì)有效。最常見的寬帶天線是對(duì)數(shù)周期天線，但它的增益相對(duì)于窄帶天線則要小很多。

增益

天線設(shè)計(jì)中，“增益”指天線最強(qiáng)輻射方向的天線輻射方向圖強(qiáng)度與參考天線的強(qiáng)度之比取對(duì)數(shù)。如果參考天線是全向天線，增益的單位為dBi。比如，偶極子天線的增益為2.14dBi [1]。偶極子天線也常用作參考天線（這是由于完美全向參考天線無法制造），這種情況下天線的增益以dBd為單位。

天線增益是無源現(xiàn)象，天線并不增加激勵(lì)，而是僅僅重新分配而使在某方向上比全向天線輻射更多的能量。如果天線在一些方向上增益為正，由于天線的能量守恒，它在其他方向上的增益則為負(fù)。因此，天線所能達(dá)到的增益要在天線的覆蓋范圍和它的增益之間達(dá)到平衡。比如，航天器上碟形天線的增益很大，但覆蓋范圍卻很窄，所以它必須精確地指向地球；而廣播發(fā)射天線由于需要向各個(gè)方向輻射，它的增益就很小。

碟形天線的增益與孔徑（反射區(qū)）、天線反射面表面精度，以及發(fā)射/接收的頻率成正比。通常來講，孔徑越大增益越大，頻率越高增益也越大，但在較高頻率下表面精度的誤差會(huì)導(dǎo)致增益的極大降低。

“孔徑”和“輻射方向圖”與增益緊密相關(guān)�？讖绞侵冈谧罡咴鲆娣较蛏系摹安ㄊ�”截面形狀，是二維的（有時(shí)孔徑表示為近似于該截面的圓的半徑或該波束圓錐所呈的角）。輻射方向圖則是表示增益的三維圖，但通常只考慮輻射方向圖的水平和垂直二維截面。高增益天線輻射方向圖常伴有“副瓣”。副瓣是指增益中除主瓣（增益最高“波束”）外的波束。副瓣在如雷達(dá)等系統(tǒng)需要判定信號(hào)方向的時(shí)候，會(huì)影響天線質(zhì)量，由于功率分配副瓣還會(huì)使主瓣增益降低。

帶寬

天線的帶寬是指它有效工作的頻率范圍，通常以其諧振頻率為中心。天線帶寬可以通過以下多種技術(shù)增大，如使用較粗的金屬線，使用金屬“網(wǎng)籠”來近似更粗的金屬線，尖端變細(xì)的天線元件（如饋電喇叭中），以及多天線集成的單一部件，使用特性阻抗來選擇正確的天線。小型天線通常使用方便，但在帶寬、尺寸和效率上有著不可避免的限制。

阻抗

“阻抗”類似于光學(xué)中的折射率。電波穿行于天線系統(tǒng)不同部分（電臺(tái)、饋線、天線、自由空間）是會(huì)遇到阻抗差異。在每個(gè)接口處，取決于阻抗匹配，電波的部分能量會(huì)反射回源，在饋線上形成一定的駐波。此時(shí)電波最大能量與最小能量比值可以測(cè)出，稱之為駐波比（SWR）。駐波比為1:1是理想情況。1.5:1的駐波比在能耗較為關(guān)鍵的低能應(yīng)用上被視為臨界值。而高達(dá)6:1的駐波比也可出現(xiàn)在相應(yīng)的設(shè)備中。極小化各處接口的阻抗差（阻抗匹配）將減小駐波比并極大化天線系統(tǒng)各部分之間的能量傳輸。

天線的復(fù)阻抗涉及該天線工作時(shí)的電長(zhǎng)度。通過調(diào)節(jié)饋線的阻抗，即將饋線當(dāng)作阻抗變換器，天線的阻抗可以和饋線和電臺(tái)相匹配。更為常見的是使用天線調(diào)諧器、巴倫、阻抗變換器、包含電容和電感的匹配網(wǎng)絡(luò)，或者如伽馬匹配的匹配段。

輻射方向圖

半波雙極子天線輻射方向圖（線性）

半波雙極子天線（同上）增益（dBi）

輻射方向圖是天線發(fā)射或接受相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)度的圖形描述。由于天線向三維空間輻射，需要數(shù)個(gè)圖形來描述。如果天線輻射相對(duì)某軸對(duì)稱（如雙極子天線、螺旋天線和某些拋物面天線），則只需一張方向圖。

不同的天線供應(yīng)商/使用者對(duì)于方向圖有著不同的標(biāo)準(zhǔn)和制圖格式。

• 通信詞典解釋