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【天线基础-天线原理、定义和分类】

发布时间:2022/12/10 18:01:55
    1. 天线的定义和作用

定义:能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或者有效的接收空间某特定方向来的电磁波的装置

        天线(antenna)是一种变换器,它把传输线上传播的导行波,变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波(将电子转换为光子),或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电发信机输出的射频信号,通过馈线(射频电缆)输送到天线,以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收点后,由天线接收,并通过馈线送到无线电收信机。一般天线都具有可逆性,即同一副天线既可用作发射天线,也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。

    1. 天线的基本原理

      天线使用LC回路做谐振回路,因为LC回路可以具有比RC回路高的多的“品质因数”,一般的LC回路品质因数可达几十至几百。品质因数大于1的谐振回路,可以吸收并“放大”(实际是转换)外来信号,品质因数在几百的回路,可以在很弱的外电场条件下,感应出很强的“震荡信号”; 按照麦克斯韦电磁场理论,变化的电场在其周围空间产生变化的磁场,而变化的磁场又产生变化的电场。这样,变化的电场和变化的磁场之间相互依赖,相互激发,交替产生,并以一定速度由近及远地在空间辐射出去。

        对于中点馈电的对称振子天线,其结构可看作是一段开路传输线张开而成。终端开路的平行双线传输线, 其上电流呈驻波分布, 如图所示。 在两根相互平行的导线上电流方向相反, 两线间距 d 远远小于波长, 它们所激发的电磁场在两线外的周围空间因两线上电流相位相反而相互抵消, 辐射很弱。 如果两线末端逐渐张开, 如图所示, 辐射将逐渐增强。 当两线完全展开时, 如图所示, 张开的两臂上电流方向相同, 辐射明显增强。 对称振子后面未张开的部分就作为天线的馈电传输线

         天线的基本辐射单元: 半波对称振子,两臂长度相等的振子叫做对称阵子。每臂长度为四分之一波长,全长为二分之一波长的振子,称半波对称振子。波长越长,半波振子越大。振子(能够产生辐射的导线)半波振子在短波、超短波或微波波段中,作为天线、天线馈电器或天线阵的振子。

 

       导体的波长为l/2,其中l为电信号的波长。信号发生器通过一根传输线 (也称为天线馈电) 在天线的中心点为其供电。按照这个长度,将在整个导线上形成电压和电流驻波

       输入到天线的电能被转换为电磁辐射,并以相应的频率辐射到空中。该天线由天线馈电供电,馈电的特性阻抗为 50 Ω,并且辐射特性阻抗为 377 Ω的空间中

提问:为什么天线振子的总长度是l/2

对于天线的几何形状,有两个非常重要的事项需要注意:

1. 天线长度

2. 天线馈电

       长度为l/2 的天线 被称为偶极天线。但在印刷电路板中,大多作为天线使用的导体长度仅为l/4,但仍具有相同的性能

       过在导体下方一定距离的位置上放置接地层,可以创建与导体长度相同的镜像 (l/4)。被组合在一起时,这些引脚作为偶极天线使用。这种天线被称为四分之一波长 (l/4) 天线。 PCB 上几乎所有的天线都按铜制接地层上四分之一波长的尺寸实现。请注意,该信号现在是单端馈电,同时接地层作为返回路径使用;

特别注意:经过实际仿真,微带天线的谐振频率点并不是l/4,而是l/4*0.75 左右,所以做微带天线仿真的时候,一般会取天线在真空上l/40.8倍和微带天线的l/4长度做遍历;

    1. 天线的分类

     天线的形式很多。为了便于讨论,可根据不同情况分类。

1. 按工作性质分类 可分为发射天线、接收天线和收发共用天线。

2. 按用途分类

有通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线、导航天线、测向天线等。

3. 按天线特性分类

■ 从方向性分:定向天线、全向天线、针状波束天线、扇形波束天线等。

■ 从极化特性分:有线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。线极化天线又分为垂直极化和水平极化天线。

■ 从频带特性分:有窄频带天线、宽频带天线和超宽频带天线。

4. 按天线上电流分布分类 有行波天线、驻波天线。

5. 按使用波段分类有长波、超长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线。

6. 按载体分 有车载天线、机载天线、星载天线,弹载天线等。

7. 按天线外形分类

有鞭状天线、 T 形天线、Γ形天线、 V 形天线、菱形天线、环天线、螺旋天线、波导口天线、波导缝隙天线、喇叭天线、反射面天线、八木天线,对数周期天线、阵列天线。阵列天线又有直线阵天线、平面阵天线、附在某些载体表面的共形阵列天线等。

 


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