天线_安防百科_智慧城市网

发展历程

天线的定义

天线的功能

工作原理

分类

天线测量的典型配置

天线测量中的互易性

发展历程

天线是由科学家波波夫发明的。

1888年，29岁的波波夫得知德国著名物理学家赫兹发现电磁波的消息后，这位曾经立志推广电灯的年轻科学家对朋友们说：“我用毕生的精力去安装电灯，对于广阔的俄罗斯来说，只不过照亮了很小的一角：假如我能指挥磁波，那就可以飞越整个世界。”

于是，他埋头研究，向新的目标发起了冲击。

1894年，波波夫制成了一台无线电接收机。这台接收机的核心部分用的是改进了的金属屑检波器，波波夫采用电铃作终端显示，电铃的小锤可以把检波器里的金属屑震松。电铃用一个电磁继电器带动，当金属屑检波器检测到电磁波时，继电器接通电源，电铃就响起来。

有一次，波波夫在实验中发现，接收机检测电波的距离突然比往常增大了许多。

“这是怎么回事呢？”波波夫查来查去，一直找不出原因。

一天，波波夫无意之中发现一根导线搭在金属屑检波器上。他把导线拿开，电铃便不响了；他把实验距离缩小到原来那么近，电铃又响了起来。

波波夫喜出望外，连忙把导线接到金属屑检波器的一头，并把检波器的另一头接上。经过再次试验，结果表明使用天线后，信号传递距离剧增。

无线电天线由此而问世。

天线的定义

我们知道，通信、雷达、导航、广播、电视等无线电设备，都是通过无线电波来传递信息的，都需要有无线电波的辐射和接收。在无线电设备中，用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。天线为发射机或接收机与传播无线电波的媒质之间提供所需要的耦合。天线和发射机、接收机一样，也是无线电设备的一个重要组成部分。

天线的功能

天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须经过能量转换过程。下面我们以无线电通信设备为例分析一下信号的传输过程，进而说明天线的能量转换作用。

在发射端，发射机产生的已调制的高频振荡电流（能量）经馈电设备输入发射天线（馈电设备可随频率和形式不同，直接传输电流波或电磁波），发射天线将高频电流或导波（能量）转变为无线电波—自由电磁波（能量）向周围空间辐射（见图1）；在接收端，无线电波（能量）通过接收天线转变成高频电流或导波（能量）经馈电设备传送到接收机。从上述过程可以看出，天线不但是辐射和接收无线电波的装置，同时也是一个能量转换器，是电路与空间的界面器件。

工作原理

当导体上通以高频电流时，在其周围空间会产生电场与磁场。按电磁场在空间的分布特性，可分为近区，中间区，远区。设R为空间一点距导体的距离，在 R ﹤﹤ λ/2π 时的区域称近区，在该区内的电磁场与导体中电流,电压有紧密的联系。在R﹥﹥λ/2π的区域称为远区，在该区域内电磁场能离开导体向空间传播，它的变化相对于导体上的电流电压就要滞后一段时间，此时传播出去的电磁波已不与导线上的电流、电压有直接的联系了，这区域的电磁场称为辐射场。

必须指出，当导线的长度 L 远小于波长 λ 时，辐射很微弱；导线的长度 L增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。

发射天线正是利用辐射场的这种性质，使传送的信号经过发射天线后能够充分地向空间辐射。如何使导体成为一个有效辐射体导系统呢？这里先分析一下传输线上的情况，在平行双线的传输线上为了使只有能量的传输而没有辐射，必须保证两线结构对称，线上对应点电流大小和方向相反，且两线间的距离<π。要使电磁场能有效地辐射出去，就必须破坏传输线的这种对称性，如采用把二导体成一定的角度分开，或是将其中一边去掉等方法，都能使导体对称性破坏而产生辐射。

分类

1、按工作性质可分为发射天线和接收天线。

2、按用途可分为通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线等。

3、按方向性可分为全向天线和定向天线等。

4、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。

5、按结构形式和工作原理可分为线天线和面天线等。描述天线的特性参量有方向图、方向性系数、增益、输入阻抗、辐射效率、极化和频宽。

6、按维数来分可以分成两种类型：一维天线和二维天线

一维天线：由许多电线组成，这些电线或者像手机上用到的直线，或者是一些灵巧的形状，就像出现电缆之前在电视机上使用的老兔子耳朵。单极和双极天线是两种最基本的一维天线。

二维天线：变化多样，有片状（一块正方形金属）、阵列状（组织好的二维模式的一束片）、喇叭状、碟状。

7、天线根据使用场合的不同可以分为：手持台天线、车载天线、基地天线三大类。

手持台天线：就是个人使用手持对讲机的天线，常见的有橡胶天线和拉杆天线两大类。

车载天线：是指原设计安装在车辆上通讯天线，常见应用普遍的是吸盘天线。车载天线结构上也有缩短型、四分之一波长、中部加感型、八分之五波长、双二分之一波长等形式的天线。

基地台天线：在整个通讯系统中具有非常关键的作用，尤其是作为通讯枢纽的通信台站。常用的基地台天线有玻璃钢高增益天线、四环阵天线（八环阵天线）、定向天线。

天线测量的典型配置

大多数普通天线的测量是测定其远场的辐射特性，如方向图（幅度、相位、极化）、旁瓣电平、增益、频带宽度等。本节将定义这些测量的基本概念。

图4为测量辐射特性的典型配置。基本步骤是将一副发射或接收的源天线放在相对于待测天线（AUT）的远场位置上，待测天线架设在可旋转平台上，旋转待测天线，借以采集大量方向图取样值，实现天线辐射特性的测量。由于天线是电磁开放系统，测试环境对测量结果将产生影响，因此必须合理选择测试场地，尽量实现无反射的环境，如建造微波暗室等。

天线测量中的互易性

天线测量中被测天线的工作状态可以是发射状态，也可以是接收状态。这可根据测量的内容，测量的设备、场地条件等因素灵活选择。由天线互易原理得知，两种工作状态测量该天线参数的结果应该是一致的。

（1）天线必须是线性的、无源的。

（2）收发系统阻抗匹配要良好。虽然待测天线和源天线之间存在多次反射，但由于自由空间传播的衰减，这种影响并不严重。源天线、馈线、信号源以及待测天线、馈线及接收机，它们相互间的阻抗匹配是满足互易原理的重要条件。

（3）调换天线时，收发支路无有源器件，如功率放大器、低噪声放大器、混频器等。

参考资料

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