帶你了解天線的特性

今天給大家介紹一下天線方面的基本知識，使大家對天線有初步的了解。下面先來了解幾個概念。

　　共振： 任何天線都諧振在一定的頻率上，我們要接收哪個頻率的信號，就希望天線諧振在那個頻率上。天線諧振是對天線最基本的要求，要不然，就沒那么多講究了，隨便扔根線出去不也是天線嘛。天線的諧振問題涉及到的主要數(shù)據(jù)是波長及其四分之一。計算波長的公式很簡單，300/f。其中f的單位是MHz，而得到的結果的單位是米。1/4波長是稱作基本振子，如偶極天線是一對基本振子，垂直天線是一根基本振子。不過天線中的振子的長度并不正好是1/4波長，因為電波在導線中行進的速度與在真空中的不同，一般都要短一些，所以有一個縮短因子。這個因子取決于材料。

　　帶寬： 這也是一個重要但容易被忽略的問題。天線是有一定帶寬的，這意味著雖然諧振頻率是一個頻率點，但是在這個頻率點附近一定范圍內，這付天線的性能都是差不多好的。這個范圍就是帶寬。 我們當然希望一付天線的帶寬能覆蓋一定的范圍，最好是我們所收聽的整個FM廣播波段。要不然換個臺還要換天線或者調天線也太麻煩了。天線的帶寬和天線的型式、結構、材料都有關系。一般來說，振子所用管、線越粗，帶寬越寬；天線增益越高，帶寬越窄。

　　阻抗： 天線可以看做是一個諧振回路。一個諧振回路當然有其阻抗。我們對阻抗的要求就是匹配：和天線相連的電路必須有與天線一樣的阻抗。和天線相連的是饋線，饋線的阻抗是確定的，所以我們希望天線的阻抗和饋線一樣。一般生產的饋線，主要是300歐姆、75歐姆和50歐姆三種阻抗，國外過去還有450歐姆和600歐姆阻抗的饋線。 基本偶極天線的阻抗是75歐姆左右，V型偶極天線是50歐姆左右，基本垂直天線阻抗 50歐姆。其他天線一般阻抗都不是50或75歐姆，那么在把它們與饋線連接之前，需要有一定的手段來做阻抗變換。

　　平衡： 對稱的天線是平衡的，如偶極天線、八木天線，而同軸電纜是不平衡的，把這兩者連接起來，就需要解決平衡不平衡轉換的問題。

　　增益： 天線是無源器件，但是天線是可以有增益的。這個增益當然是相對增益，是相對于基本偶極天線而言的。FM DX所用的天線，當然希望增益越高越好。不過別忘了，增益高往往伴隨著帶寬窄。

　　方向性： 不是所有的天線都有方向性的。便攜式收音機上的拉桿天線就沒有方向性。偶極天線有弱的方向性，八木等定向天線可以得到較好的方向性。好的方向性意外著能夠集中收集所需方向的電波，還有一個重要的能力就是能部分地減弱本地電臺信號的影響。但是定向天線并不是什么情況下都好。當沒有目標而等待的時候，定向天線就有可能使你錯過天線背面的信號。所以比較合理的方式，是用一個垂直天線和一付定向天線配合使用，用垂直天線等待，聽到信號后，再用定向天線轉過去對準了聽。

　　仰角： 天線的仰角是指電波的仰角，而并不是天線振子本身機械上的仰角。仰角反映了天線接收哪個高度角來的電波最強。對于F層傳播，我們希望仰角低，可以傳播地遠，對于 Es層，電波主要是從高處來，我們希望仰角高。仰角的高低取決于天線型式和架設高度。一般來說，垂直天線具有低仰角，其他天線的仰角隨架設高度變化。

　　架設高度： 天線有一個架設高度。這個高度實際上是兩個高度，一個高度我們考慮它的水平面高度，這個高度對于本地信號有些用，對于DX其實用處不大。第二個常常被忽略的高度是地面高度，是指天線到電氣地面的高度。比如架設在鋼筋水泥房頂?shù)奶炀€，雖然房子高有20米，但是天線距房頂只有1米，那么這付天線的高度只是1米。 天線的高度對不同的天線有不同的影響，一般會影響天線的阻抗和仰角。通常我們認為天線的地面高度應在0.4個波長以上，才比較不受地面的影響。

　　駐波比： 最后介紹這個最不被中國的愛好者熟悉的特征。 駐波比反映了天饋系統(tǒng)的匹配情況。它是以天線作為發(fā)射天線時發(fā)射出去和反射回來的能量的比來衡量天線性能的。駐波比是由天饋系統(tǒng)的阻抗決定的。天線的阻抗與饋線的阻抗與接收機的阻抗一致，駐波比就小。駐波比高的天饋系統(tǒng)，信號在饋線中的損失很大。

　　天調的作用：

　　1、匹配阻抗，使天線系統(tǒng)（天調+天線）對于發(fā)射機來說是阻抗匹配， 這樣才能讓天線系統(tǒng)中的天線電纜部分輻射效率最高

　　2、諧振天線，按照電磁理論來講天線阻抗Z=R+jX， 當Ｘ＝０時視為天線諧振。不自然諧振的天線使用天調后，天調通過加感或加容，使得Z=R+jX中Ｘ＝０。

　　3、加天調后的天線相對于自然諧振天線的電效率問題，將天線調諧到相對于發(fā)射機來說是阻抗匹配， 靠的是天調內部的LC網(wǎng)絡，有很大一部分功率在天調的L、C內“吞吐”，不輻射電磁波。由于L、C不是理想元件，會消耗一部分能量，因此天線越不自然諧振（特別是等效輻射電阻偏離50歐越遠），加天調后的電效率就越低。1.1 天線的作用

　　無線電發(fā)射機輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點后，由天線接下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機。可見，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個重要的無線電設備，沒有天線也就沒有無線電通信。天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求等不同情況下使用。對于眾多品種的天線，進行適當?shù)姆诸愂潜匾模喊从猛痉诸悾煞譃橥ㄐ盘炀€、電視天線、雷達天線等；按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等；按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等；等等分類。

　　*電磁波的輻射

　　導線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導線的長度和形狀有關。如圖1.1 a 所示，若兩導線的距離很近，電場被束縛在兩導線之間，因而輻射很微弱；將兩導線張開，如圖1.1 b 所示，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強。必須指出，當導線的長度L 遠小于波長λ 時，輻射很微弱；導線的長度L 增大到可與波長相比擬時，導線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射。

　　1.2 對稱振子

　　對稱振子是一種經典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個半波對稱振子可簡單地單獨立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個半波對稱振子組成天線陣。兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子， 見圖1.2a 。另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個端點相疊，這個窄長的矩形框稱為折合振子，注意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半波折合振子， 見圖1.2 b。

　　 1.4 天線的極化

　　天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構成。人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化---是最常用的；水平極化---也是要被用到的。

　　1.4.1 雙極化天線

　　下圖示出了另兩種單極化的情況：+45°極化與-45°極化，它們僅僅在特殊場合下使用。這樣，共有四種單極化了，見下圖。把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，或者，把+45°極化和-45°極化兩種極化的天線組合在一起，就構成了一種新的天線---雙極化天線。

　　下圖示出了兩個單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化天線有兩個接頭。雙極化天線輻射（或接收）兩個極化在空間相互正交（垂直）的波。

　　1.4.2 極化損失

　　垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收，而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。

　　當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，接收到的信號都會變小，也就是說，發(fā)生極化損失。例如：當用+ 45° 極化天線接收垂直極化或水平極化波時，或者，當用垂直極化天線接收+45° 極化或-45°極化波時，等等情況下，都要產生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極化損失------只能接收到來波的一半能量。

　　當接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，例如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來波時，天線就完全接收不到來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離。

　　1.4.3 極化隔離

　　理想的極化完全隔離是沒有的。饋送到一種極化的天線中去的信號多少總會有那么一點點在另外一種極化的天線中出現(xiàn)。例如下圖所示的雙極化天線中，設輸入垂直極化天線的功率為10W，結果在水平極化天線的輸出端測得的輸出功率為10mW。

　　1.5 天線的輸入阻抗Zin

　　定義：天線輸入端信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗具有電阻分量Rin和電抗分量Xin ，即Zin = Rin + j Xin 。電抗分量的存在會減少天線從饋線對信號功率的提取，因此，必須使電抗分量盡可能為零，也就是應盡可能使天線的輸入阻抗為純電阻。事實上，即使是設計、調試得很好的天線，其輸入阻抗中總還含有一個小的電抗分量值。

　　輸入阻抗與天線的結構、尺寸以及工作波長有關，半波對稱振子是最重要的基本天線，其輸入阻抗為Zin = 73.1＋ｊ42.5 （歐） 。當把其長度縮短（３～５）％時，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，此時的輸入阻抗為Zin = 73.1 （歐） ，（標稱75 歐） 。注意，嚴格的說，純電阻性的天線輸入阻抗只是對點頻而言的。

　　順便指出，半波折合振子的輸入阻抗為半波對稱振子的四倍，即Zin = 280（歐） ，（標稱300 歐）。

　　有趣的是，對于任一天線，人們總可通過天線阻抗調試，在要求的工作頻率范圍內，使輸入阻抗的虛部很小且實部相當接近50 歐，從而使得天線的輸入阻抗為Zin = Rin = 50 歐------這是天線能與饋線處于良好的阻抗匹配所必須的。

　　1.6 天線的工作頻率范圍（頻帶寬度）

　　無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍（頻帶寬度）內工作的，天線的頻帶寬度有兩種不同的定義------

　　一種是指：在駐波比SWR ≤1.5 條件下，天線的工作頻帶寬度；

　　一種是指：天線增益下降3 分貝范圍內的頻帶寬度。

　　在移動通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具體的說，天線的頻帶寬度就是天線的駐波比SWR不超過1.5 時，天線的工作頻率范圍。

　　一般說來，在工作頻帶寬度內的各個頻率點上， 天線性能是有差異的，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。