帶你了解天線(xiàn)的特性

今天給大家介紹一下天線(xiàn)方面的基本知識，使大家對天線(xiàn)有初步的了解。下面先來(lái)了解幾個(gè)概念。

　　共振： 任何天線(xiàn)都諧振在一定的頻率上，我們要接收哪個(gè)頻率的信號，就希望天線(xiàn)諧振在那個(gè)頻率上。天線(xiàn)諧振是對天線(xiàn)最基本的要求，要不然，就沒(méi)那么多講究了，隨便扔根線(xiàn)出去不也是天線(xiàn)嘛。天線(xiàn)的諧振問(wèn)題涉及到的主要數據是波長(cháng)及其四分之一。計算波長(cháng)的公式很簡(jiǎn)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(cháng)是稱(chēng)作基本振子，如偶極天線(xiàn)是一對基本振子，垂直天線(xiàn)是一根基本振子。不過(guò)天線(xiàn)中的振子的長(cháng)度并不正好是1/4波長(cháng)，因為電波在導線(xiàn)中行進(jìn)的速度與在真空中的不同，一般都要短一些，所以有一個(gè)縮短因子。這個(gè)因子取決于材料。

　　帶寬： 這也是一個(gè)重要但容易被忽略的問(wèn)題。天線(xiàn)是有一定帶寬的，這意味著(zhù)雖然諧振頻率是一個(gè)頻率點(diǎn)，但是在這個(gè)頻率點(diǎn)附近一定范圍內，這付天線(xiàn)的性能都是差不多好的。這個(gè)范圍就是帶寬。 我們當然希望一付天線(xiàn)的帶寬能覆蓋一定的范圍，最好是我們所收聽(tīng)的整個(gè)FM廣播波段。要不然換個(gè)臺還要換天線(xiàn)或者調天線(xiàn)也太麻煩了。天線(xiàn)的帶寬和天線(xiàn)的型式、結構、材料都有關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，振子所用管、線(xiàn)越粗，帶寬越寬；天線(xiàn)增益越高，帶寬越窄。

　　阻抗： 天線(xiàn)可以看做是一個(gè)諧振回路。一個(gè)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(xiàn)相連的電路必須有與天線(xiàn)一樣的阻抗。和天線(xiàn)相連的是饋線(xiàn)，饋線(xiàn)的阻抗是確定的，所以我們希望天線(xiàn)的阻抗和饋線(xiàn)一樣。一般生產(chǎn)的饋線(xiàn)，主要是300歐姆、75歐姆和50歐姆三種阻抗，國外過(guò)去還有450歐姆和600歐姆阻抗的饋線(xiàn)。 基本偶極天線(xiàn)的阻抗是75歐姆左右，V型偶極天線(xiàn)是50歐姆左右，基本垂直天線(xiàn)阻抗 50歐姆。其他天線(xiàn)一般阻抗都不是50或75歐姆，那么在把它們與饋線(xiàn)連接之前，需要有一定的手段來(lái)做阻抗變換。

　　平衡： 對稱(chēng)的天線(xiàn)是平衡的，如偶極天線(xiàn)、八木天線(xiàn)，而同軸電纜是不平衡的，把這兩者連接起來(lái)，就需要解決平衡不平衡轉換的問(wèn)題。

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

　　方向性： 不是所有的天線(xiàn)都有方向性的。便攜式收音機上的拉桿天線(xiàn)就沒(méi)有方向性。偶極天線(xiàn)有弱的方向性，八木等定向天線(xiàn)可以得到較好的方向性。好的方向性意外著(zhù)能夠集中收集所需方向的電波，還有一個(gè)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(xiàn)并不是什么情況下都好。當沒(méi)有目標而等待的時(shí)候，定向天線(xiàn)就有可能使你錯過(guò)天線(xiàn)背面的信號。所以比較合理的方式，是用一個(gè)垂直天線(xiàn)和一付定向天線(xiàn)配合使用，用垂直天線(xiàn)等待，聽(tīng)到信號后，再用定向天線(xiàn)轉過(guò)去對準了聽(tīng)。

　　仰角： 天線(xiàn)的仰角是指電波的仰角，而并不是天線(xiàn)振子本身機械上的仰角。仰角反映了天線(xiàn)接收哪個(gè)高度角來(lái)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(lái)，我們希望仰角高。仰角的高低取決于天線(xiàn)型式和架設高度。一般來(lái)說(shuō)，垂直天線(xiàn)具有低仰角，其他天線(xiàn)的仰角隨架設高度變化。

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

　　駐波比： 最后介紹這個(gè)最不被中國的愛(ài)好者熟悉的特征。 駐波比反映了天饋系統的匹配情況。它是以天線(xiàn)作為發(fā)射天線(xiàn)時(shí)發(fā)射出去和反射回來(lái)的能量的比來(lái)衡量天線(xiàn)性能的。駐波比是由天饋系統的阻抗決定的。天線(xiàn)的阻抗與饋線(xiàn)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，信號在饋線(xiàn)中的損失很大。

　　天調的作用：

　　1、匹配阻抗，使天線(xiàn)系統（天調+天線(xiàn)）對于發(fā)射機來(lái)說(shuō)是阻抗匹配， 這樣才能讓天線(xiàn)系統中的天線(xiàn)電纜部分輻射效率最高

　　2、諧振天線(xiàn)，按照電磁理論來(lái)講天線(xiàn)阻抗Z=R+jX， 當Ｘ＝０時(shí)視為天線(xiàn)諧振。不自然諧振的天線(xiàn)使用天調后，天調通過(guò)加感或加容，使得Z=R+jX中Ｘ＝０。

　　3、加天調后的天線(xiàn)相對于自然諧振天線(xiàn)的電效率問(wèn)題，將天線(xiàn)調諧到相對于發(fā)射機來(lái)說(shuō)是阻抗匹配， 靠的是天調內部的LC網(wǎng)絡(luò )，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(huì )消耗一部分能量，因此天線(xiàn)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(xiàn)的作用

　　無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機輸出的射頻信號功率，通過(guò)饋線(xiàn)（電纜）輸送到天線(xiàn)，由天線(xiàn)以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點(diǎn)后，由天線(xiàn)接下來(lái)（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過(guò)饋線(xiàn)送到無(wú)線(xiàn)電接收機?？梢?jiàn)，天線(xiàn)是發(fā)射和接收電磁波的一個(gè)重要的無(wú)線(xiàn)電設備，沒(méi)有天線(xiàn)也就沒(méi)有無(wú)線(xiàn)電通信。天線(xiàn)品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場(chǎng)合、不同要求等不同情況下使用。對于眾多品種的天線(xiàn)，進(jìn)行適當的分類(lèi)是必要的：按用途分類(lèi)，可分為通信天線(xiàn)、電視天線(xiàn)、雷達天線(xiàn)等；按工作頻段分類(lèi)，可分為短波天線(xiàn)、超短波天線(xiàn)、微波天線(xiàn)等；按方向性分類(lèi)，可分為全向天線(xiàn)、定向天線(xiàn)等；按外形分類(lèi)，可分為線(xiàn)狀天線(xiàn)、面狀天線(xiàn)等；等等分類(lèi)。

　　*電磁波的輻射

　　導線(xiàn)上有交變電流流動(dòng)時(shí)，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導線(xiàn)的長(cháng)度和形狀有關(guān)。如圖1.1 a 所示，若兩導線(xiàn)的距離很近，電場(chǎng)被束縛在兩導線(xiàn)之間，因而輻射很微弱；將兩導線(xiàn)張開(kāi)，如圖1.1 b 所示，電場(chǎng)就散播在周?chē)臻g，因而輻射增強。必須指出，當導線(xiàn)的長(cháng)度L 遠小于波長(cháng)λ 時(shí)，輻射很微弱；導線(xiàn)的長(cháng)度L 增大到可與波長(cháng)相比擬時(shí)，導線(xiàn)上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射。

　　1.2 對稱(chēng)振子

　　對稱(chēng)振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線(xiàn)，單個(gè)半波對稱(chēng)振子可簡(jiǎn)單地單獨立地使用或用作為拋物面天線(xiàn)的饋源，也可采用多個(gè)半波對稱(chēng)振子組成天線(xiàn)陣。兩臂長(cháng)度相等的振子叫做對稱(chēng)振子。每臂長(cháng)度為四分之一波長(cháng)、全長(cháng)為二分之一波長(cháng)的振子，稱(chēng)半波對稱(chēng)振子， 見(jiàn)圖1.2a 。另外，還有一種異型半波對稱(chēng)振子，可看成是將全波對稱(chēng)振子折合成一個(gè)窄長(cháng)的矩形框，并把全波對稱(chēng)振子的兩個(gè)端點(diǎn)相疊，這個(gè)窄長(cháng)的矩形框稱(chēng)為折合振子，注意，折合振子的長(cháng)度也是為二分之一波長(cháng)，故稱(chēng)為半波折合振子， 見(jiàn)圖1.2 b。

　　 1.4 天線(xiàn)的極化

　　天線(xiàn)向周?chē)臻g輻射電磁波。電磁波由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構成。人們規定：電場(chǎng)的方向就是天線(xiàn)極化方向。一般使用的天線(xiàn)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(xiàn)

　　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(chǎng)合下使用。這樣，共有四種單極化了，見(jiàn)下圖。把垂直極化和水平極化兩種極化的天線(xiàn)組合在一起，或者，把+45°極化和-45°極化兩種極化的天線(xiàn)組合在一起，就構成了一種新的天線(xiàn)---雙極化天線(xiàn)。

　　下圖示出了兩個(gè)單極化天線(xiàn)安裝在一起組成一付雙極化天線(xiàn)，注意，雙極化天線(xiàn)有兩個(gè)接頭。雙極化天線(xiàn)輻射（或接收）兩個(gè)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(xiàn)來(lái)接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線(xiàn)來(lái)接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線(xiàn)來(lái)接收，而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線(xiàn)來(lái)接收。

　　當來(lái)波的極化方向與接收天線(xiàn)的極化方向不一致時(shí)，接收到的信號都會(huì )變小，也就是說(shuō)，發(fā)生極化損失。例如：當用+ 45° 極化天線(xiàn)接收垂直極化或水平極化波時(shí)，或者，當用垂直極化天線(xiàn)接收+45° 極化或-45°極化波時(shí)，等等情況下，都要產(chǎn)生極化損失。用圓極化天線(xiàn)接收任一線(xiàn)極化波，或者，用線(xiàn)極化天線(xiàn)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(lái)波的一半能量。

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

　　1.4.3 極化隔離

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