天线的基本知识:
天线基础
天线是 电子电路中RF射频信号之间的联接链路,例如 PCB板与电磁波之间的信号,可通过无线链路的发射机及接收机之间的传输媒质进行传播。 在发射机内,天线通过激励其紧邻空间或近区场的电场或磁场将电子信号转化成为电磁波。激励电场的天线被称为电子天线,激励磁场的天线被称为磁天线。电场或磁场的振荡将产生一定的电磁波,并以光速c进行传播。真空空间内的光速c0 为300000 km/s。当电磁波在电介质(dielectric medium)中传播且相应介电常数为εr之时,其光速将降低至: 天线特性
极化轨迹图以小箭头( tip)描绘了电磁波传播过程中所形成的电场矢量。在远区场,我们可以把电磁波看成是平面波(plane wave)。对于此平面电磁波来说,其电场及磁场矢量不仅相互垂直,并且与波的传播方向向垂直。一般情况下,电场矢量的尖端指向沿椭圆螺旋(elliptical helix)行进,形成了椭圆极化。在传播过程中,如电磁波的电场矢量顺时针方向转动,则称之为右旋极化(right-hand polarized),反之则称为左旋极化(left-hand polarized)。 如果椭圆的两轴等长,则称之为圆(circular)极化。如果椭圆两轴中的某一为零,则为线性(linear)极化。类似的,若电场矢量振荡方向垂直于地面则极化是垂直的,若电场矢量振荡方向与地面平行则极化是水平的。
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用途分:通信天线、雷达天线、广播天 线、电视天线等
频段分:长波天线、中波天线、短波天线、微波天线等
方向性分:全向天线、定向天线
辐射原理分:线天线、面天线、微带天线、缝隙天线等
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高效率:天线把输入功率全部辐射出去。(理想状态)
方向性:在通信的方向上有辐射,不需要的方向上没有辐射。(理想状态)
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一般要关注的天线的参数:
1、电压驻波比
2、方向图
3、方向系数和增益
4、带宽
5、极化
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电压驻波比(VSWR):入射波与从天线回来的反射波在馈线中叠加,形成驻波状态。馈线中的电压最大值与电压最小值的比值就是电压驻波比。
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驻波比从一个方面反映了天线的效率。驻波比越大,表示反射的功率越大,效率越低。一般要求驻波比小于等于1.5
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天线的方向性常用方向图来直观表达。天线的辐射是三维的,在工程上为了方便,常采用水平和垂直两个面的方向图来描述天线的方向性。平面方向图有直角坐标方向图和极坐标方向图,其中极坐标方向图更加直观
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一般对方向图比较关心的指标有:
1、半功率角(角度越小,增益越大)
2、前后比
3、副瓣电平
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天线在某方向的方向系数D是它在该方向的辐射强度同把同样的辐射能量向空间均匀辐射的辐射强度之比。
天线在某方向的增益G是它在该方向的辐射强度同把同样的输入能量向空间均匀辐射的辐射强度之比。
D×效率系数=G
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与放大器的增益定义不一样;
放大器的增益:把输入信号放大n倍输出,那么增益就是n倍,或者是10log(n)dB;
天线是一种无源器件,不会把信号放大(有源天线除外);
天线具有方向性,同样的输入功率,不同天线在同一方向辐射的强度不同(通常考察最大辐射方向) ;
为表征这种辐射差异性,指定一种天线作为参考,所有天线与之对比,这个比值就是增益;
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指定的参考天线不同,比较出来的值不一样。
为了统一,通常指定两种参考天线:一种是理想的各向同性的天线(不存在的),下面称为理想参考天线;一种是规定了制作方法的半波对称振子天线。
这两种指定的参考天线比较出来的值也是不一样的,为了区别这个值是以哪种天线作为参考的,在这个值后面加上单位加以区分。
其它参考天线比较出来的值都要转化为以此两种指定天线作为参考。
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增益是一种辐射强度的比值(不是加减关系)。
为了方便,行业内一般对这个比值进行下面的转换:
上面的G我们一般叫dB值,以表示这个值是经过上面的转化得到的;
如果是以理想参考天线为参考的,得到的G后面加上单位:dBi;以半波振子天线作参考的加上单位dBd。
国内用得更多的是dBi值。
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设天线的辐射场E(t,r)是简谐场,在波的传播路径上的某一点作一个垂直于传播方向的平面,电场将躺在这个平面上,电场矢量随时间变化一个周期,电场矢端所描画出的轨迹定义为发射时波的极化,简称极化。
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