天線(xiàn) 又名：antenna

概述

定義：天線(xiàn)是從空間輻射或接收電磁波（信息）的裝置。
　　天線(xiàn)（antenna)是一種變換器，它把傳輸線(xiàn)上傳播的導(dǎo)行波，變換成在無(wú)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(wú)線(xiàn)電設(shè)備中用來(lái)發(fā)射或接收電磁波的部件。無(wú)線(xiàn)電通信、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對(duì)抗、遙感、射電天文等工程系統(tǒng)，凡是利用電磁波來(lái)傳遞信息的，都依靠天線(xiàn)來(lái)進(jìn)行工作。此外，在用電磁波傳送能量方面，非信號(hào)的能量輻射也需要天線(xiàn)。一般天線(xiàn)都具有可逆性，即同一副天線(xiàn)既可用作發(fā)射天線(xiàn)，也可用作接收天線(xiàn)。同一天線(xiàn)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(xiàn)的互易定理。
　　天線(xiàn)也是無(wú)線(xiàn)電設(shè)備中輻射或接收無(wú)線(xiàn)電波的裝置。它是無(wú)線(xiàn)電通信裝備、雷達(dá)、電子對(duì)抗設(shè)備和無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航設(shè)備的重要組成部分。天線(xiàn)通常由金屬導(dǎo)線(xiàn)（桿）或金屬面制成，前者稱(chēng)為線(xiàn)天線(xiàn)，后者稱(chēng)為面天線(xiàn)。用于輻射無(wú)線(xiàn)電波的天線(xiàn)稱(chēng)發(fā)射天線(xiàn)，它把發(fā)信機(jī)送來(lái)的交變電流能量轉(zhuǎn)換為空間電磁波能量。用于接收無(wú)線(xiàn)電波的天線(xiàn)稱(chēng)接收天線(xiàn)，它把從空間獲取的電磁波能量轉(zhuǎn)換為交變電流能量送給收信機(jī)。通常一副天線(xiàn)既可作為發(fā)射天線(xiàn)，也可作為接收天線(xiàn)，配有雙工器的天線(xiàn)可以收發(fā)同時(shí)共用。但有些天線(xiàn)只適宜作接收天線(xiàn)使用。
　　天線(xiàn)也指連接信號(hào)收發(fā)裝置和處理裝置之間的同軸電纜。

天線(xiàn)分類(lèi)

1、按工作性質(zhì)可分為發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)。
2、按用途可分為通信天線(xiàn)、廣播天線(xiàn)、電視天線(xiàn)、雷達(dá)天線(xiàn)等。
3、按方向性可分為全向天線(xiàn)和定向天線(xiàn)等。
4、按工作波長(zhǎng)可分為超長(zhǎng)波天線(xiàn)、長(zhǎng)波天線(xiàn)、中波天線(xiàn)、短波天線(xiàn)、超短波天線(xiàn)、微波天線(xiàn)等。
5、按結(jié)構(gòu)形式和工作原理可分為線(xiàn)天線(xiàn)和面天線(xiàn)等。描述天線(xiàn)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(lái)分可以分成兩種類(lèi)型：一維天線(xiàn)和二維天線(xiàn)
一維天線(xiàn)：由許多電線(xiàn)組成，這些電線(xiàn)或者像手機(jī)上用到的直線(xiàn)，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(xiàn)是兩種最基本的一維天線(xiàn)。
二維天線(xiàn)：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(xiàn)根據(jù)使用場(chǎng)合的不同可以分為：手持臺(tái)天線(xiàn)、車(chē)載天線(xiàn)、基地天線(xiàn)三大類(lèi)。
手持臺(tái)天線(xiàn)：就是個(gè)人使用手持對(duì)講機(jī)的天線(xiàn)，常見(jiàn)的有橡膠天線(xiàn)和拉桿天線(xiàn)兩大類(lèi)。
車(chē)載天線(xiàn)：是指原設(shè)計(jì)安裝在車(chē)輛上通訊天線(xiàn)，最常見(jiàn)應(yīng)用最普遍的是吸
車(chē)載天線(xiàn)結(jié)構(gòu)上也有縮短型、四分之一波長(zhǎng)、中部加感型、八分之五波長(zhǎng)、雙二分之一波長(zhǎng)等形式的天線(xiàn)。
基地臺(tái)天線(xiàn)：在整個(gè)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(tái)站。常用的基地臺(tái)天線(xiàn)有玻璃鋼高增益天線(xiàn)、四環(huán)陣天線(xiàn)（八環(huán)陣天線(xiàn)）、定向天線(xiàn)。

天線(xiàn)參數(shù)

　　影響天線(xiàn)性能的臨界參數(shù)有很多，通常在天線(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)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(xiàn)還有最大額定功率，而接收天線(xiàn)則有噪聲抑制參數(shù)。
　　諧振頻率
　　“諧振頻率”和“電諧振”與天線(xiàn)的電長(zhǎng)度相關(guān)。電長(zhǎng)度通常是電線(xiàn)物理長(zhǎng)度除以自由空間中波傳輸速度與電線(xiàn)中速度之比。天線(xiàn)的電長(zhǎng)度通常由波長(zhǎng)來(lái)表示。天線(xiàn)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(xiàn)參數(shù)（尤其是輻射方向圖和阻抗）隨頻率而變，所以天線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(jiàn)的寬帶天線(xiàn)是對(duì)數(shù)周期天線(xiàn)，但它的增益相對(duì)于窄帶天線(xiàn)則要小很多。
　　增益
　　天線(xiàn)設(shè)計(jì)中，“增益”指天線(xiàn)最強(qiáng)輻射方向的天線(xiàn)輻射方向圖強(qiáng)度與參考天線(xiàn)的強(qiáng)度之比取對(duì)數(shù)。如果參考天線(xiàn)是全向天線(xiàn)，增益的單位為dBi。比如，偶極子天線(xiàn)的增益為2.14dBi[1]。偶極子天線(xiàn)也常用作參考天線(xiàn)（這是由于完美全向參考天線(xiàn)無(wú)法制造），這種情況下天線(xiàn)的增益以dBd為單位。
　　天線(xiàn)增益是無(wú)源現(xiàn)象，天線(xiàn)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(xiàn)輻射更多的能量。如果天線(xiàn)在一些方向上增益為正，由于天線(xiàn)的能量守恒，它在其他方向上的增益則為負(fù)。因此，天線(xiàn)所能達(dá)到的增益要在天線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)由于需要向各個(gè)方向輻射，它的增益就很小。
　　碟形天線(xiàn)的增益與孔徑（反射區(qū)）、天線(xiàn)反射面表面精度，以及發(fā)射/接收的頻率成正比。通常來(lái)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?ldquo;波束”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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)帶寬可以通過(guò)以下多種技術(shù)增大，如使用較粗的金屬線(xiàn)，使用金屬“網(wǎng)籠”來(lái)近似更粗的金屬線(xiàn)，尖端變細(xì)的天線(xiàn)元件（如饋電喇叭中），以及多天線(xiàn)集成的單一部件，使用特性阻抗來(lái)選擇正確的天線(xiàn)。小型天線(xiàn)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(lèi)似于光學(xué)中的折射率。電波穿行于天線(xiàn)系統(tǒng)不同部分（電臺(tái)、饋線(xiàn)、天線(xiàn)、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(xiàn)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(chēng)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(xiàn)系統(tǒng)各部分之間的能量傳輸。
　　天線(xiàn)的復(fù)阻抗涉及該天線(xiàn)工作時(shí)的電長(zhǎng)度。通過(guò)調(diào)節(jié)饋線(xiàn)的阻抗，即將饋線(xiàn)當(dāng)作阻抗變換器，天線(xiàn)的阻抗可以和饋線(xiàn)和電臺(tái)相匹配。更為常見(jiàn)的是使用天線(xiàn)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
　　輻射方向圖是天線(xiàn)發(fā)射或接受相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)度的圖形描述。由于天線(xiàn)向三維空間輻射，需要數(shù)個(gè)圖形來(lái)描述。如果天線(xiàn)輻射相對(duì)某軸對(duì)稱(chēng)（如雙極子天線(xiàn)、螺旋天線(xiàn)和某些拋物面天線(xiàn)），則只需一張方向圖。
　　不同的天線(xiàn)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。

常用天線(xiàn)

移動(dòng)通信常用的基站天線(xiàn)、直放站天線(xiàn)與室內(nèi)天線(xiàn)。
板狀天線(xiàn)
　　無(wú)論是GSM 還是CDMA， 板狀天線(xiàn)是用得最為普遍的一類(lèi)極為重要的基站天線(xiàn)。這種天線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是：增益高、扇形區(qū)方向圖好、后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封性能 可靠以及使用壽命長(zhǎng)。
板狀天線(xiàn)也常常被用作為直放站的用戶(hù)天線(xiàn)，根據(jù)作用扇形區(qū)的范圍大小，應(yīng)選擇相應(yīng)的天線(xiàn)型號(hào)。
天線(xiàn)指標(biāo)
　　頻率范圍： 824-960 MHz
　　頻帶寬度： 70MHz
　　增益： 14 ~ 17 dBi
　　極化： 垂直
　　標(biāo)稱(chēng)阻抗： 50 Ohm
　　電壓駐波比≤ 1.4
　　前后比 >25dB
　　下傾角（可調(diào)）： 3 ~ 8°
　　半功率波束寬度：水平面 60 ° ~ 120 ° 垂直面 16 ° ~ 8 °
　　垂直面上旁瓣抑制 < -12 dB
　　互調(diào) ≤ 110 dBm
板狀天線(xiàn)
　　采用多個(gè)半波振子排成一個(gè)垂直放置的直線(xiàn)陣
　　在直線(xiàn)陣的一側(cè)加一塊反射板 （以帶反射板的二半波振子垂直陣為例）
　　增益為 G = 11 ~ 14 dBi
　　為提高板狀天線(xiàn)的增益，還可以進(jìn)一步采用八個(gè)半波振子排陣
　　前面已指出，四個(gè)半波振子排成一個(gè)垂直放置的直線(xiàn)陣的增益約為 8 dBi；一側(cè)加有一個(gè)反射板的　　　　　　四元式直線(xiàn)陣，即常規(guī)板狀天線(xiàn)，其增益約為 14 ~ 17 dBi。
　　一側(cè)加有一個(gè)反射板的八元式直線(xiàn)陣，即加長(zhǎng)型板狀天線(xiàn)，其增益約為 16 ~ 19 dBi。 不言而喻，加長(zhǎng)型板狀天線(xiàn)的長(zhǎng)度，為常規(guī)板狀天線(xiàn)的一倍，達(dá) 2.4 m 左右。
高增益柵狀
　　從性能價(jià)格比出發(fā)，人們常常選用柵狀拋物面天線(xiàn)作為直放站施主天線(xiàn)。由于拋物面具有良好的聚焦作用，所以?huà)佄锩嫣炀€(xiàn)集射能力強(qiáng)，直徑為 1.5 m 的柵狀拋物面天線(xiàn)，在900兆頻段，其增益即可達(dá) G = 20dBi。它特別適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，例如它常常被選用為直放站的施主天線(xiàn)。
　　拋物面采用柵狀結(jié)構(gòu)，一是為了減輕天線(xiàn)的重量，二是為了減少風(fēng)的阻力。
　　拋物面天線(xiàn)一般都能給出 不低于 30 dB 的前后比 ，這也正是直放站系統(tǒng)防自激而對(duì)接收天線(xiàn)所提出的必須滿(mǎn)足的技術(shù)指標(biāo)。
八木定向天線(xiàn)
　　八木定向天線(xiàn)，具有增益較高、結(jié)構(gòu)輕巧、架設(shè)方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。因此，它特別適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，例如它是室內(nèi)分布系統(tǒng)的室外接收天線(xiàn)的首選天線(xiàn)類(lèi)型。
　八木定向天線(xiàn)的單元數(shù)越多，其增益越高，通常采用 6 - 12 單元的八木定向天線(xiàn)，其增益可達(dá) 10-15dBi。
室內(nèi)吸頂天線(xiàn)
　　室內(nèi)吸頂天線(xiàn)必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。
　　現(xiàn)今市場(chǎng)上見(jiàn)到的室內(nèi)吸頂天線(xiàn)，外形花色很多，但其內(nèi)芯的構(gòu)造幾乎都是一樣的。這種吸頂天線(xiàn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，雖然尺寸很小，但由于是在天線(xiàn)寬帶理論的基礎(chǔ)上，借助計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能很好地滿(mǎn)足在非常寬的工作頻帶內(nèi)的駐波比要求，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在很寬的頻帶內(nèi)工作的天線(xiàn)其駐波比指標(biāo)為VSWR ≤ 2 。當(dāng)然，能達(dá)到VSWR ≤ 1.5 更好。順便指出，室內(nèi)吸頂天線(xiàn)屬于低增益天線(xiàn), 一般為G = 2 dBi。
室內(nèi)壁掛天線(xiàn)
　　室內(nèi)壁掛天線(xiàn)同樣必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。
　　現(xiàn)今市場(chǎng)上見(jiàn)到的室內(nèi)壁掛天線(xiàn)，外形花色很多，但其內(nèi)芯的購(gòu)造幾乎也都是一樣的。這種壁掛天線(xiàn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，屬于空氣介質(zhì)型微帶天線(xiàn)。由于采用了展寬天線(xiàn)頻寬的輔助結(jié)構(gòu)，借助計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能較好地滿(mǎn)足了工作寬頻帶的要求。順便指出，室內(nèi)壁掛天線(xiàn)具有一定的增益，約為G = 7 dBi。