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天线的简单小结

已有 5173 次阅读 2010-2-24 21:51 |个人分类:电子信息工程与计算机科学|系统分类:科研笔记| 天线

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1.天线是无线电设备中辐射或(和)接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥测、遥感、射电天文等工程系统,凡是利用电磁波来传递信息的,都依靠天线来进行工作。此外,在用电磁波传送能量方面,非信号的能量辐射也需要天线。以无线电通信系统为例,从发射机输出的高频功率经传输线导送到发射天线,发射天线将高频功率变换成空间的辐射波;在接收端,接收天线将入射的空间电磁波变换成高频导波,再经传输线导送到接收机。因此,天线可以说是导波和空间波的变换装置

2.一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。在某些场合,同一天线还可兼作发射和接收天线,如脉冲雷达天线就是如此。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。虽然一般天线都具有可逆性,但在设计发射或接收天线时,却各具有其侧重点,例如,发射天线要考虑功率容量问题,而接收天线则要考虑噪声温度问题等。天线一般由导电良好的金属制成,但也有用低损耗介质和金属组合制成的。天线形状可以是各种各样的,最常用的是各种线状天线(简称线天线)和面状天线(简称面天线,又称口径天线),以及它们的组合或阵列。一副天线的尺寸可以长到占地几公里,高达几百米;也可以短到几毫米,这是就其实际尺寸而言的。但从电的观点来看,若天线的尺寸比工作波长小很多,则称之为电小天线,虽然天线的实际尺寸可能非常大。

3.为了适应各种不同用途的需要,人们设计和研制出各种类型的天线。对于这些天线,可以从不同的角度分类:

按工作性质可分为发射天线和接收天线

按用途可分为通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线等

按工作波长可分为超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等

按结构型式和工作原理可分为线天线和面天线等。任何一种型式的天线并不专属于以上某一类,而是常常兼属几类。例如,半波振子天线和反射面天线既可用作发射天线,也可用作接收天线;既用于超短波波段,也可以用于微波波段;既可用于通信,也可用于雷达等。

4.变速电荷或变化电流都产生辐射,因而都称为辐射源。因此,要使天线辐射电磁波,就必须在天线上激发变化电流。激发变化电流的方式一般有二:其一是将交变电压加到天线的输入端,在天线上产生交变的电流分布,例如振子天线和螺旋天线的情况;其二是将电磁波入射到天线结构,在天线上产生感应电流分布,例如反射面天线的情况。前者属于天线的强迫振荡问题,后者属于电磁波的散射、绕射问题

5.辐射源的基本元素是交变的微分电流元(简称电流元)。无论线天线或面天线都可认为是由这些微分电流元所组成。微分电流元在天线各点的幅度、相位和方向都可能不相同,但在每一微分电流元之内,这些量可以认为是相同的。空间某点的电磁场是天线上所有微分电流元在该点所产生的电磁场的矢量和或积分。

6.此外,还有面电流和体电流形式的辐射源。电流元(或天线)的方向图(或辐射图)给出场强幅度或其平方在远区以电流元(或天线)为中心的球面上的空间分布。即使是微分电流元,其方向图也不是均匀的,而是具有方向性的

7.任何实际天线都具有方向性,只有理想化的均匀辐射器没有方向性,它的方向图是以它为中心的球面。如将均匀辐射器每隔半个波长放置一个,并排列在几个或十几个波长的直线上,那么远区球面上某点离开这些辐射器的距离稍有不同,这对该点场强的幅度影响很小(因为远区场强的幅度与距离成反比,而距离远大于波长,从而在这个大距离上加或减几个波长作为场强的幅度之分母对幅度影响很小);但是,相位则大不相同,距离相差半个波长,相位就反相。因此,适当地排列这些辐射器,可使远区场强在某些方向上得到加强而在另一些方向上减弱或相互抵消,这种现象称为干涉

8.天线的特性参量除方向图、方向性系数和增益外,还有输入阻抗、辐射效率、极化和频带宽度等。天线的输入阻抗是天线在馈电点的电压与电流的比值。知道天线的输入阻抗,就可以选择合适的馈线与之相匹配,以便输送给天线最大功率。天线的辐射功率与输入功率之比称为天线的辐射效率。由于天线本身的热损耗等因素,天线的辐射效率总是小于1。天线在最大辐射方向上远区某点所辐射的波的极化也是天线的一个特性参量。辐射线极化波的天线称为线极化天线,辐射圆极化波的天线称为圆极化天线。每一副天线都是根据某一中心频率设计的。若天线的工作频率偏离中心频率,天线特性参量的指标就会下降。天线的频带宽度就是在规定了特性参量容许变动的幅度之后,工作频率可以变动的极限范围。频带宽度大的天线称为宽频带天线,反之则称为窄频带天线



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