一、什么是天線？

我們都知道，生活中形形色色的無線電設(shè)備，是通過無線電波來傳遞信息的。而天線，正是用來進(jìn)行無線電波的輻射和接收的裝置。

在系統(tǒng)學(xué)習(xí)之前，我們先通過一個視頻直觀了解一下天線背后的科學(xué)：

視頻加載中…

（視頻源于網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有，僅供學(xué)習(xí)交流）

電磁波：電磁波是一種能量傳輸形式，如下圖所示。在傳播過程中，電場和磁場總是相互垂直的，同時電場和磁場又垂直于傳播方向。

電磁波的傳播

天線：輻射或接收電磁波的能量轉(zhuǎn)換部件。

天線在通信系統(tǒng)中的位置

發(fā)射端：發(fā)射機的高頻電流 電磁波（產(chǎn)生電磁波的振蕩源）

無線電發(fā)射機輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。此處即發(fā)射天線。

接收端：將空間傳播的電磁波傳來的電磁能量 接收機的高頻電流

電磁波到達(dá)接收地點后，由天線接收下來（僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機。此處即接收天線。

天線收發(fā)互易性

天線通常都具有可逆性，即同一副天線既可用于發(fā)射，也可用于接收。同一天線作為發(fā)射或接收的基本特性參數(shù)是相同的。這就是天線的互易原理。

發(fā)射和接收在同一個天線實現(xiàn)的情況如：

雷達(dá)系統(tǒng)用雙工器來實現(xiàn)；

GSM手機用開關(guān)來實現(xiàn)；

現(xiàn)代移動通信（手機）天線。

二、天線輻射的基本原理

天線完成了將傳輸線上傳輸?shù)膶?dǎo)行波轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂煽臻g中傳播的電磁波的過程，如下圖所示。當(dāng)終端開路的平行雙導(dǎo)線上載有交變電流時，會產(chǎn)生交變的電磁場。

當(dāng)平行雙導(dǎo)線距離比較近時，如下圖(a)所示，導(dǎo)線上的電流流向相反，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢幾乎可以互相抵消，電磁場被束縛在平行雙導(dǎo)線附近，難以向空間中傳播。

(a) 平行雙導(dǎo)線的電磁場

(b) 平行雙導(dǎo)線張開一定角度

當(dāng)平行雙導(dǎo)線的夾角開始張開，如上圖(b)所示，雙導(dǎo)線上開始出現(xiàn)部分相同方向的電流，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也有部分開始增強，因此電磁場的輻射能力開始增強。

當(dāng)平行雙導(dǎo)線的夾角完全張開，如下圖(c)所示，導(dǎo)線上的電流方向完全相同，形成較強的電磁場輻射能力，電磁波可以向空間中輻射傳播。通常將能這樣產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線成為振子，上下導(dǎo)線長度相同的振子為對稱振子。每臂長度為四分之一波長的對稱振子,稱半波對稱振子。

(c) 平行雙導(dǎo)線豎直演化為對稱振子

天線輻射基本原理示意圖

振子輻射的電場線時域圖如下圖所示，可以形象的看到電磁波由振子向空間傳播的動態(tài)過程。

振子輻射的電場線時域圖

三、天線分類

天線按照不同的情況，有不同的分類：

1、按工作性質(zhì)分：發(fā)射天線、接收天線和收發(fā)共用天線。

2、按工作用途分：通信天線、廣播天線、電視天線、雷達(dá)天線、導(dǎo)航天線、測向天線等。

3、按天線特性類：

a) 方向性：定向天線、全向天線；

b) 極化特性：線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線；其中線極化天線又可分為垂直極化、水平極化、正交雙極化；

c) 頻帶特性：窄帶天線、寬帶天線、超寬帶天線。

4、按天線上的電流分布分：駐波天線、行波天線。

5、按使用波段分：長波天線、超長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線和微波天線。

6、按結(jié)構(gòu)外型分：線天線和面天線。線狀天線和面狀天線的基本工作原理是相同的，兩個正交的線天線可形成面天線。

7、按使用場景分：基地臺天線和移動臺天線（移動臺又可細(xì)分為車載、機載、星載、艦載、背負(fù)臺、手持臺等）。

8、按安裝位置分：天線由在設(shè)備上安裝的位置可分為外置天線和內(nèi)置天線。外置天線類型很多，內(nèi)置天線通常有FPC/PCB/彈簧/陶瓷/五金彈片/激光直接成型技術(shù)（LDS）等。

四、部分典型天線介紹：

1、線天線

由半徑遠(yuǎn)小于波長的導(dǎo)線或金屬棒構(gòu)成【主要用于長、中、短波頻段】?？梢杂行У叵蚩臻g輻射電磁波，并可以結(jié)合各種多個天線組成陣列。

線天線的主要類型有單極子天線、偶極子天線、籠形天線、鞭狀天線、鐵塔天線、環(huán)形天線、V形天線、菱形天線、魚骨形天線、八木天線、對數(shù)周期天線、陣列天線等。

陣列天線：

由于電磁場滿足疊加原理，當(dāng)單個天線的功率不能滿足需求的時候，可以用多個天線組合能量獲得更強的電磁信號，使系統(tǒng)更有效地工作。

反射陣列天線

八木天線：

八木天線是在二十世紀(jì)20年代，由日本東北大學(xué)的八木秀次和宇田太郞兩人發(fā)明的，故稱為“八木宇田天線”，簡稱“八木天線”。這種天線又叫引向天線，是由一個有源振子（一般用折合振子）、一個無源反射器和若干個無源引向器平行排列而成的端射式天線。

八木天線的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、牢固、成本低，方向性強，較偶極子天線有更高的增益；其缺點是工作頻帶窄、抗干擾性一般。主要應(yīng)用在無線電測向和長距 離無線電通信領(lǐng)域。

八木天線

對數(shù)周期天線：

對數(shù)周期天線是一種阻抗、方向圖、增益、駐波比等電特性隨頻率的對數(shù)成周期性變化，并在很寬的頻帶內(nèi)保持基本不變的天線。最常見的是對數(shù)周期偶極天線。

對數(shù)周期天線

環(huán)形天線：

環(huán)形天線是將一根金屬導(dǎo)線繞成一定形狀，如圓形、方形、三角形等，以導(dǎo)體兩端作為輸出端的結(jié)構(gòu)。環(huán)形天線產(chǎn)生的輻射與短偶極天線相當(dāng)。通常用于電視和射頻識別系統(tǒng)。

環(huán)形天線

螺旋天線：

一種由導(dǎo)電性能良好的金屬螺旋線組成的天線，通常用同軸線饋電，同軸線的心線和螺旋線的一端相連接，同軸線的外導(dǎo)體則和接地的金屬網(wǎng)（或板）相連接。

螺旋天線陣列既有很強的方向性，又有很高的增益?？梢杂行У夭蹲蕉ㄏ騻鞑ミ^來的電磁信號。

螺旋天線

2、面天線

由尺寸大于波長的金屬或介質(zhì)面構(gòu)成，具有初級饋源并由反射面形成次級輻射場的天線【主要用于厘米或毫米波頻段】

面天線主要類型有前饋式面天線、卡塞格倫天線、格雷高里天、環(huán)焦天線、偏置天線、多波束天線、賦形波束天線、前饋球形反射面天線、球形雙反射面天線、潛望鏡天線等。

潛望鏡天線：

潛望鏡天線由安置在地面上的下鏡輻射器和安裝在支架上的上鏡反射器組成。下鏡輻射器一般是拋物面天線，上鏡反射器為金屬平板。下鏡輻射器向上發(fā)射電磁波，經(jīng)過金屬平板反射出去。潛望鏡天線的優(yōu)點是能量損耗小、失真小、效率高。主要用于容量不大的微波中繼通信中。

喇叭天線：

喇叭天線又稱號角天線，是波導(dǎo)管終端漸變張開成圓形或矩形截面的微波天線。

喇叭天線是最常用的微波天線之一，一般用作輻射器。其優(yōu)點是工作頻帶寬；缺點是體積較大，而且就同一口徑來說，它的方向性不及拋物面天線尖銳。

喇叭天線

平面微帶貼片天線：

貼片天線成本低、外形小且易于制造。可以直接做在非常薄的電路板上——雙層板、多層板，可以很好地集成到手機以及各種各樣的小型化器件及設(shè)備里。

貼片天線

波導(dǎo)縫隙天線：

刻在波導(dǎo)上的縫隙天線陣列是導(dǎo)航，雷達(dá)和其他高頻系統(tǒng)中的常用天線。這種天線易于制造，損耗低，并且輻射波為交叉極化很小的線極化波。通常用于飛行器中，因為它們可以制成與安裝它們的表面一致的形狀。

波導(dǎo)縫隙天線

3、定向天線

定向天線是指在某一個或某幾個特定方向上發(fā)射及接收電磁波特別強，而在其它的方向上發(fā)射及接收電磁波為零或極小的一種天線。

采用定向發(fā)射天線的目的是增加輻射功率的有效利用率，增加保密性；同時增加抗干擾能力。定向天線在通信系統(tǒng)中一般應(yīng)用于通信距離遠(yuǎn)，覆蓋范圍小，目標(biāo)密度大，頻率利用率高的環(huán)境。

平板天線、八木天線和對數(shù)周期天線都屬于外置定向天線。

平板天線

4、全向天線

在各個方向上均勻輻射或接收電磁波的天線，稱為全向天線（也叫不定向天線）。如膠棒天線、玻璃鋼天線、小型通信機用的鞭狀天線、吸盤天線等。

膠棒天線：

膠棒天線是最常見的外置全向天線，其外皮的絕緣層是橡膠材質(zhì)，內(nèi)部通常是螺旋加感金屬線圈。

膠棒天線增益適中、價格相對低廉，常用在無線通訊模塊、無線路由、圖/數(shù)傳電臺等?？筛鶕?jù)安裝空間要求選擇合適尺寸大??；通常情況下，同頻段長度越長增益越高。

膠棒天線

玻璃鋼天線：

玻璃鋼天線內(nèi)芯為純銅振子，采用平衡饋電，受環(huán)境影響??；外殼采用優(yōu)質(zhì)玻璃鋼，有很好的耐腐蝕、耐老化以及防風(fēng)性能，對惡劣的自然環(huán)境適應(yīng)好。

玻璃鋼天線性能優(yōu)異，具有高精度、高效率、高增益的特點，特別適合超遠(yuǎn)距離網(wǎng)關(guān)信號覆蓋，圖像傳輸?shù)?，可以作為中繼臺天線使用。

玻璃鋼天線

5、基地臺天線與移動天線

基站天線

背負(fù)臺天線、手持臺天線

下篇待續(xù) ······

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