天線種類詳解

什么叫天線？

天線是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波，變換成在無界媒介（通常是自由空間）中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換。在無線電設(shè)備中用來發(fā)射或接收電磁波的部件。無線電通信、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對抗、遙感、射電天文等工程系統(tǒng)，凡是利用電磁波來傳遞信息的，都依靠天線來進(jìn)行工作。此外，在用電磁波傳送能量方面，非信號的能量輻射也需要天線。一般天線都具有可逆性，即同一副天線既可用作發(fā)射天線，也可用作接收天線。同一天線作為發(fā)射或接收的基本特性參數(shù)是相同的。這就是天線的互易定理。

天線的功用

天線輻射的是無線電波，接收的也是無線電波，然而發(fā)射機(jī)通過饋線送入天線的并不是無線電波，接收天線也不能把無線電波直接經(jīng)饋線送入接收機(jī)，其中必須經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換過程。下面我們以無線電通信設(shè)備為例分析一下信號的傳輸過程，進(jìn)而說明天線的能量轉(zhuǎn)換作用。

圖1天線能量轉(zhuǎn)換原理示意圖

在發(fā)射端，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的已調(diào)制的高頻振蕩電流（能量）經(jīng)饋電設(shè)備輸入發(fā)射天線（饋電設(shè)備可隨頻率和形式不同，直接傳輸電流波或電磁波），發(fā)射天線將高頻電流或?qū)Рǎ芰浚┺D(zhuǎn)變?yōu)闊o線電波—自由電磁波（能量）向周圍空間輻射（見圖1）；在接收端，無線電波（能量）通過接收天線轉(zhuǎn)變成高頻電流或?qū)Рǎ芰浚┙?jīng)饋電設(shè)備傳送到接收機(jī)。從上述過程可以看出，天線不但是輻射和接收無線電波的裝置，同時也是一個能量轉(zhuǎn)換器，是電路與空間的界面器件。

工作原理

當(dāng)導(dǎo)體上通以高頻電流時，在其周圍空間會產(chǎn)生電場 與磁場。按電磁場在空間的分布特性，可分為近區(qū)，中間區(qū)， 遠(yuǎn)區(qū)。設(shè)R為空間一點距導(dǎo)體的距離，在

時的區(qū)域稱近區(qū)，在該區(qū)內(nèi)的電磁場與導(dǎo)體中電流，電壓有緊密的聯(lián)系。

在

的區(qū)域稱為遠(yuǎn)區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)電磁場能離開導(dǎo)體向空間傳播，它的變化相對于導(dǎo)體上的電流電壓就要滯后一段時間，此時傳播出去的電磁波已不與導(dǎo)線上的電流、電壓有直接的聯(lián)系了，這區(qū)域的電磁場稱為輻射場。

必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長度 L 遠(yuǎn)小于波長 λ 時，輻射很

天線

圖2 天線

微弱；導(dǎo)線的長度 L 增大到可與波長相比擬時，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。

發(fā)射天線正是利用輻射場的這種性質(zhì)，使傳送的信號經(jīng)過發(fā)射天線后能夠充分地向空間輻射。如何使導(dǎo)體成為一個有效輻射體導(dǎo)系統(tǒng)呢？這里我們先分析一下傳輸線上的情況，在平行雙線的傳輸線上為了使只有能量的傳輸而沒有輻射，必須保證兩線結(jié)構(gòu)對稱，線上對應(yīng)點電流大小和方向相反，且兩線間的距離《π。要使電磁場能有效地輻射出去，就必須破壞傳輸線的這種對稱性，如采用把二導(dǎo)體成一定的角度分開，或是將其中一邊去掉等方法，都能使導(dǎo)體對稱性破壞而產(chǎn)生輻射。

如圖TX，圖中將開路傳輸或距離終端π/4處的導(dǎo)體成直狀分開，此時終端導(dǎo)體上的電流已不是反相而是同相了，從而使該段導(dǎo)體在空間點的輻射場同相迭加，構(gòu)成一個有效的輻射系統(tǒng)。這就是最簡單，最基本的單元天線，稱為半波對稱振子天線，其特性阻抗為75Ω。電磁波從發(fā)射天線輻射出來以后，向四面?zhèn)鞑コ鋈?，若電磁波傳播的方向上放一對稱振子，則在電磁波的作用下，天線振子上就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如此時天線與接收設(shè)備相連，則在接收設(shè)備輸入端就會產(chǎn)生高頻電流。這樣天線就起著接收作用并將電磁波轉(zhuǎn)化為高頻電流，也就是說此時天線起著接收天線的作用，接收效果的好壞除了電波的強(qiáng)弱外還取決于天線的方向性和半邊對稱振子與接收設(shè)備的匹配。

天線的分類

1、按工作性質(zhì)可分為發(fā)射天線和接收天線。

2、按用途可分為通信天線、廣播天線、電視天線、雷達(dá)天線等。

3、按方向性可分為全向天線和定向天線等。

4、按工作波長可分為超長波天線、長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線等。

微波天線

圖3 微波天線

5、按結(jié)構(gòu)形式和工作原理可分為線天線和面天線等。描述天線的特性參量有方向圖、方向性系數(shù)、增益、輸入阻抗、輻射效率、極化和頻寬。

6、按維數(shù)來分可以分成兩種類型：一維天線和二維天線

一維天線：由許多電線組成，這些電線或者像手機(jī)上用到的直線，或者是一些靈巧的形狀，就像出現(xiàn)電纜之前在電視機(jī)上使用的老兔子耳朵。單極和雙極天線是兩種最基本的一維天線。

二維天線：變化多樣，有片狀（一塊正方形金屬）、陣列狀（組織好的二維模式的一束片）、喇叭狀、碟狀。

7、天線根據(jù)使用場合的不同可以分為：手持臺天線、車載天線、基地天線三大類。

手持臺天線：就是個人使用手持對講機(jī)的天線，常見的有橡膠天線和拉桿天線兩大類。

車載天線：是指原設(shè)計安裝在車輛上通訊天線，最常見應(yīng)用最普遍的是吸

盤天線。車載天線結(jié)構(gòu)上也有縮短型、四分之一波長、中部加感型、八分之五波長、雙二分之一波長等形式的天線。

基地臺天線：在整個通訊系統(tǒng)中具有非常關(guān)鍵的作用，尤其是作為通訊樞紐的通信臺站。常用的基地臺天線有玻璃鋼高增益天線、四環(huán)陣天線（八環(huán)陣天線）、定向天線。