天線 又名：antenna

概述

定義：天線是從空間輻射或接收電磁波（信息）的裝置。
　　天線（antenna)是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導(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)線電設(shè)備中用來(lái)發(fā)射或接收電磁波的部件。無(wú)線電通信、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。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。
　　天線也是無(wú)線電設(shè)備中輻射或接收無(wú)線電波的裝置。它是無(wú)線電通信裝備、雷達(dá)、電子對(duì)抗設(shè)備和無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備的重要組成部分。天線通常由金屬導(dǎo)線（桿）或金屬面制成，前者稱為線天線，后者稱為面天線。用于輻射無(wú)線電波的天線稱發(fā)射天線，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)線電波的天線稱接收天線，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)。通常一副天線既可作為發(fā)射天線，也可作為接收天線，配有雙工器的天線可以收發(fā)同時(shí)共用。但有些天線只適宜作接收天線使用。
　　天線也指連接信號(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(zhǎng)可分為超長(zhǎng)波天線、長(zhǎng)波天線、中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線等。
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(lái)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(chǎng)合的不同可以分為：手持臺(tái)天線、車載天線、基地天線三大類。
手持臺(tái)天線：就是個(gè)人使用手持對(duì)講機(jī)的天線，常見(jiàn)的有橡膠天線和拉桿天線兩大類。
車載天線：是指原設(shè)計(jì)安裝在車輛上通訊天線，最常見(jiàn)應(yīng)用最普遍的是吸
車載天線結(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。
基地臺(tái)天線：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。

天線參數(shù)

　　影響天線性能的臨界參數(shù)有很多，通常在天線設(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)射天線還有最大額定功率，而接收天線則有噪聲抑制參數(shù)。
　　諧振頻率
　　“諧振頻率”和“電諧振”與天線的電長(zhǎng)度相關(guān)。電長(zhǎng)度通常是電線物理長(zhǎng)度除以自由空間中波傳輸速度與電線中速度之比。天線的電長(zhǎng)度通常由波長(zhǎng)來(lái)表示。天線一般在某一頻率調(diào)諧，并在此諧振頻率為中心的一段頻帶上有效。但其它天線參數(shù)（尤其是輻射方向圖和阻抗）隨頻率而變，所以天線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)的寬帶天線是對(duì)數(shù)周期天線，但它的增益相對(duì)于窄帶天線則要小很多。
　　增益
　　天線設(shè)計(jì)中，“增益”指天線最強(qiáng)輻射方向的天線輻射方向圖強(qiáng)度與參考天線的強(qiáng)度之比取對(duì)數(shù)。如果參考天線是全向天線，增益的單位為dBi。比如，偶極子天線的增益為2.14dBi[1]。偶極子天線也常用作參考天線（這是由于完美全向參考天線無(wú)法制造），這種情況下天線的增益以dBd為單位。
　　天線增益是無(wú)源現(xiàn)象，天線并不增加激勵(lì)，而是僅僅重新分配而使在某方向上比全向天線輻射更多的能量。如果天線在一些方向上增益為正，由于天線的能量守恒，它在其他方向上的增益則為負(fù)。因此，天線所能達(dá)到的增益要在天線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)射天線由于需要向各個(gè)方向輻射，它的增益就很小。
　　碟形天線的增益與孔徑（反射區(qū)）、天線反射面表面精度，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，使用金屬“網(wǎng)籠”來(lái)近似更粗的金屬線，尖端變細(xì)的天線元件（如饋電喇叭中），以及多天線集成的單一部件，使用特性阻抗來(lái)選擇正確的天線。小型天線通常使用方便，但在帶寬、尺寸和效率上有著不可避免的限制。
　　阻抗
　　“阻抗”類似于光學(xué)中的折射率。電波穿行于天線系統(tǒng)不同部分（電臺(tái)、饋線、天線、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系統(tǒng)各部分之間的能量傳輸。
　　天線的復(fù)阻抗涉及該天線工作時(shí)的電長(zhǎng)度。通過(guò)調(diào)節(jié)饋線的阻抗，即將饋線當(dāng)作阻抗變換器，天線的阻抗可以和饋線和電臺(tái)相匹配。更為常見(jiàn)的是使用天線調(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
　　輻射方向圖是天線發(fā)射或接受相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)度的圖形描述。由于天線向三維空間輻射，需要數(shù)個(gè)圖形來(lái)描述。如果天線輻射相對(duì)某軸對(duì)稱（如雙極子天線、螺旋天線和某些拋物面天線），則只需一張方向圖。
　　不同的天線供應(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

移動(dòng)通信常用的基站天線、直放站天線與室內(nèi)天線。
板狀天線
　　無(wú)論是GSM 還是CDMA， 板狀天線是用得最為普遍的一類極為重要的基站天線。這種天線的優(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)。
板狀天線也常常被用作為直放站的用戶天線，根據(jù)作用扇形區(qū)的范圍大小，應(yīng)選擇相應(yīng)的天線型號(hào)。
天線指標(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
　　采用多個(gè)半波振子排成一個(gè)垂直放置的直線陣
　　在直線陣的一側(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　　　　　　四元式直線陣，即常規(guī)板狀天線，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陣，即加長(zhǎng)型板狀天線，其增益約為 16 ~ 19 dBi。 不言而喻，加長(zhǎng)型板狀天線的長(zhǎng)度，為常規(guī)板狀天線的一倍，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作為直放站施主天線。由于拋物面具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射能力強(qiáng)，直徑為 1.5 m 的柵狀拋物面天線，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。
　　拋物面采用柵狀結(jié)構(gòu)，一是為了減輕天線的重量，二是為了減少風(fēng)的阻力。
　　拋物面天線一般都能給出 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)接收天線所提出的必須滿足的技術(shù)指標(biāo)。
八木定向天線
　　八木定向天線，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)的室外接收天線的首選天線類型。
　八木定向天線的單元數(shù)越多，其增益越高，通常采用 6 - 12 單元的八木定向天線，其增益可達(dá) 10-15dBi。
室內(nèi)吸頂天線
　　室內(nèi)吸頂天線必須具有結(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，外形花色很多，但其內(nèi)芯的構(gòu)造幾乎都是一樣的。這種吸頂天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶理論的基礎(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)吸頂天線屬于低增益天線, 一般為G = 2 dBi。
室內(nèi)壁掛天線
　　室內(nèi)壁掛天線同樣必須具有結(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，外形花色很多，但其內(nèi)芯的購(gòu)造幾乎也都是一樣的。這種壁掛天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，屬于空氣介質(zhì)型微帶天線。由于采用了展寬天線頻寬的輔助結(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，所以能較好地滿足了工作寬頻帶的要求。順便指出，室內(nèi)壁掛天線具有一定的增益，約為G = 7 dBi。