天线分类，原理和指标

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2024-07-04 14:03:46 525

天线作为一种普遍存在的设备，其在广播、电视播放、无线电通信、雷达探测、导航定位、电子对抗策略、遥感监测、以及射电天文学等多个领域均展现出不可或缺的重要性。具体而言，天线具备两项核心功能：一是能高效地向空间中某一指定方向发射电磁波，二是能有效捕获并接收来自同一或不同特定方向上的电磁波信号。因此，任何依赖电磁波作为信号传输媒介的无线设备，都必然配备有天线这一关键组件。

各种类型天线

天线的定义：天线的基本功能是辐射和接收无线电波。

发射时，把高频电流转换为电磁波
接收时，把电滋波转换为高频电流

天线的分类

天线分类及阵子辐射原理

微带天线的使用场景

对天线的要求：

天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统, 其次要求天线与发射机或接收机匹配(需要计算或测试天线的辐射阻抗）。
天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上, 或对确定方向的来波最大限度的接受, 即天线具有方向性（方向函数）。
天线应能发射或接收规定极化的电磁波, 即天线有适当的极化。
天线应有足够的工作频带。

天线常用的性能指标：

方向性图
方向性系数
增益
输入阻抗
驻波系数
效率

影响天线性能指标的关键因素：

天线电尺寸
天线的形状和结构
天线上的电流分布

天线远场和近场划分：

对于天线辐射场的分布，可以将天线振子的场分为分为近区场，远区辐射场和中间区。

从发射天线发射出来的球面波经过一定距离的传播后到达待测天线，当待测天线接收平面上，最大相位差不超过22.5°，则可认为待测天线接收到的是近似平面波。近似到距离就是不小于 2D^2/λ （D=天线最大尺寸，λ= 波长）。

天线既简单又复杂：

简单之处一般通过金属导体构成的简单结构，比如导线、片状金属。简单的天线通常是单极子（如偶极子、单极垂直天线等）或单向（如方向性天线）的。它们结构简单，容易制造，适用于一些基本的无线通信需求，比如家庭Wi-Fi路由器或者车载收音机等。

复杂之处如上述图示，涉及晦涩难懂的电磁场基础理论，特别是雷达和卫星通信中的阵列天线设计，由许多单独的天线元件组成，需要复杂的模拟和数值仿真工具以及实验验证。

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