天線的基本原理介紹

生活中形形色色的無(wú)線電設(shè)備，都需要通過(guò)無(wú)線電波來(lái)傳遞信息。而天線，正是發(fā)射和接收無(wú)線電波的一個(gè)重要設(shè)備，沒(méi)有天線也就沒(méi)有無(wú)線電通信。

一、天線的基本原理

無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)功率，通過(guò)饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接收下來(lái)（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過(guò)饋線送到無(wú)線電接收機(jī)。電磁波和高頻電流的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)了信息的傳遞。

當(dāng)終端開(kāi)路的平行雙導(dǎo)線上載有交變電流時(shí)，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)度和形狀有關(guān)。如下圖所示，若兩導(dǎo)線的距離很近，電場(chǎng)被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開(kāi)，電場(chǎng)就散播在周?chē)臻g，因而輻射增強(qiáng)。

當(dāng)兩導(dǎo)線完全張開(kāi)，導(dǎo)線上的電流方向完全相同時(shí)，電磁場(chǎng)輻射能力最強(qiáng)。這種能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線，被稱為振子。兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱振子。每臂長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)、全長(zhǎng)為二分之一波長(zhǎng)的振子，稱半波對(duì)稱振子。將全波對(duì)稱振子折合成一個(gè)窄長(zhǎng)的矩形框，并把全波對(duì)稱振子的兩個(gè)端點(diǎn)相疊，這個(gè)窄長(zhǎng)的矩形框稱為折合振子。

二、天線的方向性

天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力。對(duì)于發(fā)射天線而言，方向性表示天線把從饋線取得的能量向周?chē)臻g輻射出去，并把大部分能量朝所需的方向輻射。垂直放置的半波對(duì)稱振子具有平放的“面包圈”形的立體方向圖，其中軸線方向上輻射為零，水平面上輻射最強(qiáng)。

若干個(gè)對(duì)稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈” ，把信號(hào)進(jìn)一步集中到在水平面方向上。

也可以利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向，使天線的輻射像光學(xué)中的探照燈那樣，把能量集中到一個(gè)小立體角內(nèi)。拋物面天線（定向天線）就是利用了此方法，其構(gòu)成包括兩個(gè)基本要素：拋物反射面和放置在拋物面焦點(diǎn)上的輻射源。

天線的方向性可以用方向圖來(lái)表示，輻射參量可以是天線的輻射功率通量密度、場(chǎng)強(qiáng)、相位、極化等。通常情況下，我們關(guān)注比較多的是功率方向圖或者場(chǎng)強(qiáng)方向圖。

在方向圖（又稱波瓣圖）中，包含所需最大輻射方向的輻射波瓣叫天線主波瓣，也稱天線波束。主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣、邊瓣，主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣、尾瓣。不同類(lèi)型天線呈現(xiàn)出不同的波瓣圖。

三、天線的增益

增益是指在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度，是用來(lái)衡量天線朝一個(gè)特定方向收發(fā)信號(hào)的能力。

某天線的增益，就是其最大輻射方向上的輻射效果來(lái)說(shuō)，與無(wú)方向性的理想點(diǎn)源相比，把輸入功率放大的倍數(shù)。其計(jì)算公式如下。

部分天線的增益對(duì)比說(shuō)明如下：

1、板狀天線

采用多個(gè)半波陣子排成一個(gè)垂直放置的直線陣，再以反射板實(shí)現(xiàn)定向輻射。四個(gè)半波陣子組成四元式直線陣增益G≈8dBi ，加上反射板制成常規(guī)板狀天線(L=1.2m)，其增益約為14—17dBi ；加長(zhǎng)型板狀天線（八元式直線陣，L=2.4m），其增益約為16—19 dBi 。

2、柵狀拋物面天線

適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，常常被選用為直放站的主天線。直徑為1.5m的柵狀拋物面天線，在900兆頻段的增益為G=20dBi ，前后比F/B（前后瓣最大值之比，10 Lg{ （前向功率密度） / （后向功率密度） }）一般不低于30 dB。

四 、天線的極化

天線的極化即輻射或接收的電磁波的電場(chǎng)極化，電場(chǎng)的方向就是天線極化方向。天線的極化在各個(gè)方向并非保持恒定，所以天線的極化在其最大指向方向定義才具有意義。

若以地面為參考面，天線的極化方向垂直于地面時(shí)，稱之為垂直極化；極化方向平行于地面時(shí)，稱之為水平極化。移動(dòng)通信系統(tǒng)通常用垂直極化，廣播系統(tǒng)通常用水平極化。

垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來(lái)接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線來(lái)接收。當(dāng)來(lái)波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，接收到的信號(hào)都會(huì)變小，也就是說(shuō)，發(fā)生極化損失。當(dāng)接收天線的極化方向與來(lái)波的極化方向完全正交時(shí)，接收天線也就完全接收不到來(lái)波的能量，這時(shí)稱發(fā)射天線與接收天線是極化隔離的。