天线的基本原理介绍

生活中形形色色的无线电设备，都需要通过无线电波来传递信息。而天线，正是发射和接收无线电波的一个重要设备，没有天线也就没有无线电通信。

一、天线的基本原理

无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接收下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。电磁波和高频电流的相互转换实现了信息的传递。

当终端开路的平行双导线上载有交变电流时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。如下图所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。

当两导线完全张开，导线上的电流方向完全相同时，电磁场辐射能力最强。这种能产生显著辐射的直导线，被称为振子。两臂长度相等的振子叫做对称振子。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。将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子。

二、天线的方向性

天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于发射天线而言，方向性表示天线把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，并把大部分能量朝所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图，其中轴线方向上辐射为零，水平面上辐射最强。

若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生“扁平的面包圈” ，把信号进一步集中到在水平面方向上。

也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向，使天线的辐射像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内。抛物面天线（定向天线）就是利用了此方法，其构成包括两个基本要素：抛物反射面和放置在抛物面焦点上的辐射源。

天线的方向性可以用方向图来表示，辐射参量可以是天线的辐射功率通量密度、场强、相位、极化等。通常情况下，我们关注比较多的是功率方向图或者场强方向图。

在方向图（又称波瓣图）中，包含所需最大辐射方向的辐射波瓣叫天线主波瓣，也称天线波束。主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣、边瓣，主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣、尾瓣。不同类型天线呈现出不同的波瓣图。

三、天线的增益

增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度，是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力。

某天线的增益，就是其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。其计算公式如下。

部分天线的增益对比说明如下：

1、板状天线

采用多个半波阵子排成一个垂直放置的直线阵，再以反射板实现定向辐射。四个半波阵子组成四元式直线阵增益G≈8dBi ，加上反射板制成常规板状天线(L=1.2m)，其增益约为14—17dBi ；加长型板状天线（八元式直线阵，L=2.4m），其增益约为16—19 dBi 。

2、栅状抛物面天线

适用于点对点的通信，常常被选用为直放站的主天线。直径为1.5m的栅状抛物面天线，在900兆频段的增益为G=20dBi ，前后比F/B（前后瓣最大值之比，10 Lg{ （前向功率密度） / （后向功率密度） }）一般不低于30 dB。

四 、天线的极化

天线的极化即辐射或接收的电磁波的电场极化，电场的方向就是天线极化方向。天线的极化在各个方向并非保持恒定，所以天线的极化在其最大指向方向定义才具有意义。

若以地面为参考面，天线的极化方向垂直于地面时，称之为垂直极化；极化方向平行于地面时，称之为水平极化。移动通信系统通常用垂直极化，广播系统通常用水平极化。

垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都会变小，也就是说，发生极化损失。当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称发射天线与接收天线是极化隔离的。