天线基本原理(Dipole推导)
关于天线的科普，看完这篇就够了
关于天线的科普，看完这篇就够了说起天线，首先要了解一下天线的来历，1948年5月7日“无线电之父”波波夫在这一天设计了世界上第一台无线电接收机，为无线电的运用奠定了基础，天线也就此产生。
言归正传，下面就带大家了解一下天线究竟是什么样的？天线的作用是啥？原理是啥？都有哪些性能参数？下面将一一道来。
天馈线结构天线的作用天线是发射机发射无线电波和接收机接收无线电波的装置，发射天线将传输线中的高频电磁能转换为自由空间的电磁波，接收天线将自由空间的电磁波转换为高频电磁能。
因此，天线是换能装置，具有互易性。
天线性能将直接影响无线网络的性能。
通俗的讲天线就是一个转换装置，把传输传播的导行波，变换成在自由空间中传播的电磁波，或进行相反的变换。
下面来了解一下导行波，导行波是全部或绝大部分电磁能量被约束在有限横截面内沿确定方向传输的电磁波。
通俗的来讲导行波就是一种电线上的电磁波。
天线是怎么实现导行波和电磁波之间转换的呢？下面就来说一下天线的工作原理。
天线的工作原理当导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射；如果两导线的距离很近，导线中电流方向相反，感应电动势互相抵消，因此辐射很微弱；如果将两导线张开，由于两导线的电流方向相同，辐射较强；当导线的长度可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射；通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子；两臂长度均为1/4波长的振子叫做对称半波振子；有了电场，就有了磁场，有了磁场，就有了电场，无限循环，就有了电磁场和电磁波。
产生电场的这两根直导线，就叫做振子。
通常两臂长度相同，所以叫对称振子。
长度像下面这样的，叫半波对称振子。
目前对称振子是市面上最常用的天线。
半波对称振子内部组成：槽板、馈电网络、振子外部组成：天线罩、端盖、接头电磁波的极化极化是描述电磁波场强矢量空间指向的一个辐射特性，当没有特别说明时，通常以电场矢量的空间指向作为电磁波的极化方向，而且是指在该天线的最大辐射方向上的电场矢量来说的。
天线基本原理
天线基本原理
天线基本原理是指利用特定的结构和材料，将电能转换为电磁波能量或者将电磁波能量转换为电能的装置。
天线主要由导体构成，其长度和形状与所接收或发射的电磁波的频率密切相关。
天线的基本原理可以用以下几个方面来描述：
1. 辐射原理：在接收模式下，天线通过感应来接收电磁波，并将其转换为电信号；而在发射模式下，电信号通过天线转换为电磁波并辐射出去。
2. 感应原理：天线通过电磁感应的原理来接收电磁波。
当电磁波通过天线时，产生在导体上的电势差和电流，从而实现将电磁波转化为电信号。
3. 辐射模式：天线的辐射模式取决于其结构和形状。
不同结构和形状的天线在空间中会形成不同的辐射图案，这决定了其方向性、增益和频率响应等特性。
4. 驻波原理：天线长度与电磁波的波长密切相关。
当天线长度与频率匹配时，电磁波将会在天线内部产生驻波，从而实现能量的传输。
5. 阻抗匹配：在天线系统中，为了最大化能量传输效率，需要实现发射源和天线之间的阻抗匹配。
阻抗不匹配会导致能量反射和损失。
通过对天线的基本原理的了解，人们可以设计和优化天线以满足特定的通信需求。
天线在无线通信、卫星通信、雷达系统等领域中发挥着重要的作用。
天线基本原理及常用天线介绍
25
电压驻波比（VSWR）对网络的影响：
VSWR 反射功率比 辐射功率减少 减少百分比
3.0
25%
2.15dB
40%
2.0
11%
0.86dB
18%
1.8
8%
0.67dB
14%
1.5
4%
0.36dB
8.0%
1.4
2.8%
0.21dB
4.7%
1.3
1.7%
0.13dB
2.9%
1.2
0.8%
0.07dB
三个及三个以上工作频段（不同制式）的宽频
天线。正如前边所介绍的：
806~869 824～896 870～960
806～960MHz 一副天线
1710～1880 1850～1990 1920～2170
1710~2170MHz 一副天线
31
806~960MHz的超宽频天线
现在的一副天线相当于原来的三副天线， 并且具备电调功能，既提高了产品性能，又在很大程度上降低了天线的生产3成2 本
峰值
- 3dB点
Peak - 3dB
15° (eg)
Peak
10dB 波束宽度
- 10dB点
120° (eg)
峰值 - 10dB点 Peak - 10dB
32° (eg)
Peak
Peak - 3dB
俯仰面即垂直面方向图
Peak - 10dB 16
方向图旁瓣显示
上旁瓣抑制 下旁瓣抑制
17
8、方向图在移动组网中的应用
1.1%
26
多径传播与反射
27
用分集接收改善信号电平
28
二、几种常用天线的介绍
天线原理笔记
1天线原理1.1.天线的作用任何无线电设备都是通过无线电波来传递信息，因此就必须有能辐射或接收电磁波的装置。
天线的第一个作用就是辐射和接收电磁波。
当然能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。
例如任何高频电路，只要不是完全屏蔽起来的，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或者从周围空间或多或少地接收到电磁波。
但是，任意一个高频电路并不一定能作天线，因为它辐射和接收电磁波的效率很低。
只有能够有效地辐射和接收电磁波的设备才有可能作为天线使用。
天线的另一个作用是“能量转换”。
大家知道，发信机通过馈线送入天线的并不是无线电波，收信天线也不能直接把无线电波送入收信机，这里有一个能量的转换过程。
即把发信机所产生的高频振荡电流经馈线送入天线输入端，天线要把高频电流转换为空间高频电磁波，以波的形式向周围空间辐射；反之在接收时，也是通过收信天线把截获的高频电磁波的能量转换成高频电流的能量后，再送给收信机。
显然这里有一个转换效率问题：天线增益越高，则转换效率就越高。
1.2.天线的工作原理天线本身就是一个振荡器，但又与普通的LC振荡回路不同，它是普通振荡回路的变形。
1.2.1.辐射原理LC是发信机的振荡回路。
电场集中在电容器的两个极板之中，而磁场则分布在电感线圈的有限空间里，电磁波显然不能向广阔空间辐射。
如果将振荡电路展开，使电磁场分布于空间很大的围，这就创造了有利于辐射的条件。
下图示出了它的演变过程。
导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关。
如由于两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。
如果将两导线开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。
于是，来自发信机的、已调制的高频信号电流由馈线送到天线上，并经天线把高频电流能量转变为相应的电磁波能量，向空间辐射。
当导线的长度L远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱；当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。
天线射频知识点总结
天线射频知识点总结一、天线的基本原理天线是一种能够将电磁波能量从导体中传输到周围的空间中的装置。
在基本的原理上，天线是通过在导体上施加交变电压或电流来产生电磁波。
当电流或电压在导体上发生变化时，就会产生电磁波，这些电磁波就会通过天线辐射到空间中。
在发射电磁波的过程中，天线需要满足一定的谐振条件，谐振条件是指天线的长度需要满足一定的整数倍波长的条件，这样才能够有效地将能量转换成电磁波并辐射出去。
同时，天线的结构也会影响到辐射的电磁波的方向、极化以及辐射效率等性能参数。
在接收电磁波的过程中，天线也需要满足一定的条件才能够有效地将电磁波转换为电信号。
在接收电磁波的过程中，天线也需要满足一定的条件才能够有效地将电磁波转换为电信号。
天线的极化、增益和方向性等性能参数都会影响到天线的接收性能。
二、天线的工作原理天线的工作原理主要是通过在导体上施加交变电压或电流来产生电磁波，然后将这些电磁波辐射到周围的空间中，或者将接收到的电磁波转换成电信号。
天线的工作原理涉及到电磁场的传播、辐射以及电磁场与导体的相互作用等知识点。
当电流或电压在导体上发生变化时，就会产生电磁波。
天线的结构和长度会影响到天线谐振的条件，谐振条件是指天线的长度需要满足一定的波长条件，这样才能够有效地将能量转换成电磁波并辐射出去。
在接收电磁波的过程中，天线也需要满足一定的条件才能够有效地将电磁波转换为电信号。
天线的极化、增益和方向性等性能参数都会影响到天线的接收性能。
三、天线的性能参数天线的性能参数包括谐振频率、增益、方向性、极化、带宽以及驻波比等。
1. 谐振频率：天线的谐振频率是指天线有效工作的频率范围，谐振频率与天线的长度相关，通常情况下，天线谐振频率的计算公式为f= 1⁄λ ，其中 f 是天线的谐振频率，λ是电磁波的波长。
2. 增益：天线的增益是指天线在某一特定方向上与标准参考天线相比的辐射功率的比值，常常用分贝（dB）来表示。
通常情况下，天线的增益与天线的尺寸、构造、方向性以及工作频率有关。
天线基础知识与原理
天线基础知识与原理天线是将电磁波能量从传输线（如电缆）转移到自由空间（如空气）中的器件。
它是无线通信系统中至关重要的组成部分，用于发送和接收无线信号。
天线的设计和原理对通信系统的性能具有重要影响。
天线的基本原理是通过电流激励器件使其发射或接收电磁波。
当电流通过天线时，会在天线上产生电磁场。
根据电磁场分布的不同，天线可以被分为不同的类型。
例如，一根直立的导体（如铜线）可以作为零度天线或全向天线使用，这意味着它能够在水平方向上发射或接收相同的信号强度。
另一个例子是定向天线，它可以集中发射或接收能量到特定方向。
天线的性能由几个关键参数决定。
其中一个是频率响应，也称为带宽。
天线应该在指定的频率范围内能够有效地工作。
另一个参数是增益，表示天线相对于理想的点源天线的增加或减少的能量。
增益可以用于改善信号传输和接收的效果。
其他重要的参数包括波束宽度、极化方式、输入阻抗等。
天线设计的关键是通过调整天线的几何形状和尺寸来满足特定的需求。
一种常见的天线类型是偶极子天线。
它由两根平行的导体构成，通常以半波长的长度排列。
偶极子天线适用于宽带应用，可以在几个频段上工作。
另一种常见的天线类型是微带天线，它采用薄片状的天线元件，并用绝缘基板支持。
微带天线适用于小型设备和集成电路上的应用，可以在不同的频率范围内工作。
天线的工作原理与物理学中的电磁波理论相关。
根据麦克斯韦方程组，电磁波由电场和磁场组成，并以光速传播。
当电流通过天线时，会产生电场和磁场的变化，并以电磁波的形式辐射出去。
电场和磁场的分布取决于天线的几何形状和电流分布。
天线的电磁辐射主要通过两种机制实现：辐射和导波。
辐射是指电磁波以空间波的形式传播，可以远离天线和传输线。
导波是指电磁波沿着天线和传输线传播，类似于输送能量的导线。
在不同的频率范围内，两种机制的相对重要性会有所不同。
要理解天线的基础知识，还需要了解一些天线的相关概念。
例如，VSWR（电压驻波比）是用于衡量天线和传输线之间匹配的参数，主要影响信号的传输效率。
天线的基本原理
天线的基本原理
天线是一种可以接收或发送无线电波的装置，其基本原理是利用电磁感应和辐射原理。
当电流通过天线中的导体时，会产生一个电磁场，这个电磁场随着电流的变化而变化。
当无线电波经过天线时，这个变化的电场和磁场会相互结合并沿着空间传播。
天线的设计和结构会影响其工作频率和辐射特性。
传统的天线通常由一个或多个导体构成，其中最常见的是直线型、对数螺旋型和偶极子型。
这些导体的长度通常是针对所需的工作频率进行优化的。
对于接收天线而言，当无线电波通过天线时，导体中的电流会产生辐射磁场，这个磁场会引起导体中的电荷移动，最终形成接收电流。
接收天线的性能受到很多因素的影响，包括频率、极化、天线的方向性以及环境的影响。
对于发送天线而言，当电流通过天线时，会在周围产生电磁场，并将电能转化为无线电波的形式辐射出去。
发送天线的效率与输入功率、天线损耗以及电磁场的辐射效果有关。
总的来说，天线的基本原理就是利用电磁感应和辐射原理，通过导体中的电流产生电磁场，并将电能转化为无线电波进行传输或接收。
这种原理被广泛应用于通讯、广播、雷达、卫星和无线电技术等领域。
天线基本原理(PPT)
Beamwidth
• Half power beamwidth θdB 3 E-plane beamwidth, H-plane beamwidth • The wider θdB beamwidth the 3 wider angular coverage • The widerθdB beamwidth the 3 more interferences input to the receiver
Radiation Pattern with Center Driving
這是場型圖， 請注意不同 gain值的場 型
•The definition of dBi is the antenna gain which compares to that of the isotropic antenna •The definition of dBd is the antenna gain which compares to that of the dipole antenna •The directivity of half wavelength dipole is 2.15 dBi •The directivity of 1.25 (2x0.625) wavelength dipole 5.16 dBi
dB = −10 log 1 − Γ
(
2
)
VSWR與Return Loss的關係是互換關係，若 VSWR是2.0:1,則相對於Return Loss是約10dB，其意是發射出去有90%的功率，反射回 來有10%，反射愈多，幅射效率愈差
• Examples
VSWR=1.5, Γ = 0.20 , RL=14 dB, TL=0.177 dB VSWR=2.0, Γ = 0.33 , RL=9.5 dB, TL=0.512 dB VSWR=3.0, Γ = 0.50 , RL=6.0 dB, TL=1.24 dB
天线基本原理
天线基本原理天线是无线通信系统中的重要组成部分，它的性能直接影响着通信质量和覆盖范围。
天线的基本原理是指天线在接收和发送无线电波时的工作原理和特性。
了解天线的基本原理对于设计和优化无线通信系统至关重要。
首先，天线的基本原理包括天线的辐射和接收特性。
天线是通过电流来辐射和接收无线电波的，当电流通过天线时，会在周围产生电磁场，从而辐射出无线电波。
同时，当无线电波入射到天线上时，会在天线中感应出电流，从而实现信号的接收。
因此，天线的辐射和接收特性是天线基本原理的核心内容。
其次，天线的基本原理还包括天线的辐射模式和频率特性。
天线的辐射模式是指天线在空间中的辐射方向图，它描述了天线在不同方向上的辐射功率分布情况。
而天线的频率特性则是指天线在不同频率下的辐射效果，包括天线的增益、方向性和波束宽度等参数。
这些特性对于天线的设计和选择具有重要意义。
另外，天线的基本原理还涉及天线的阻抗匹配和天线的极化特性。
天线的阻抗匹配是指天线与馈源之间的阻抗匹配情况，良好的阻抗匹配可以提高天线的辐射效率和带宽。
而天线的极化特性则是指天线辐射的电磁波的偏振状态，包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振等。
天线的极化特性对于信号的传输和接收具有重要影响。
最后，天线的基本原理还包括天线的材料和结构特性。
天线的材料和结构对于天线的工作频段、辐射效率和机械强度等都有重要影响。
不同的材料和结构可以使天线具有不同的特性，因此在天线设计和优化过程中需要充分考虑这些因素。
总的来说，天线的基本原理涉及了天线的辐射和接收特性、辐射模式和频率特性、阻抗匹配和极化特性、以及材料和结构特性等多个方面。
了解天线的基本原理对于工程师和设计师来说至关重要，它可以帮助他们更好地设计和优化无线通信系统，提高通信质量和覆盖范围，满足用户对于无线通信的需求。
因此，深入理解天线的基本原理是无线通信领域的重要基础之一。
天线的名词解释
天线的名词解释天线，是指用于接收和发射无线电波的设备。
它是无线通信的关键组成部分，广泛应用于无线电通信、无线电广播、卫星通信、雷达系统等领域。
天线能够将电磁波转换为电信号，或将电信号转换为电磁波，使得无线通信成为可能。
一、天线的基本原理天线的工作原理基于电磁理论，根据迪波尔原理可以解释其转换电磁波和电信号的过程。
当电磁波通过天线时，它会感应出天线中的电流，进而产生电压信号；同样地，当电信号通过天线时，它会通过电流引起电磁辐射从而发射出去。
在天线中最常见的天线类型是线性极化天线和环形极化天线。
线性极化天线主要用于传输等线性极化场景，而环形极化天线多用于雷达系统和卫星通信应用。
此外，还有一些特殊的天线形式，如宽带天线、指向性天线和室内天线等，它们适用于不同的通信需求。
二、天线的结构和特征天线的结构多样化，在不同的应用领域有不同的外形和特征。
天线通常由导体材料制成，如铜、铝等，以保证导电性能。
根据形状和材料，天线可以划分为直线型天线、抛物面天线、螺旋天线、饼形天线等。
天线的重要特征有增益、方向性、频率响应等。
增益是指天线在某一方向上辐射或接收电磁波的能力，通过增加天线尺寸或改变接收辐射模式，可以提高天线的增益。
方向性是指天线在空间中的辐射或接收电磁波的方向，分为全向性和定向性两种。
频率响应是指天线在特定频率范围内工作的能力，不同的应用需要具备不同的频率响应特性。
三、天线的应用领域天线在各个领域都有着广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1. 无线通信：手机、电视广播、无线局域网等都需要天线进行信号的接收和发射，以实现无线通信。
2. 卫星通信：卫星通信系统中的天线用于与地面站和用户终端之间的通信。
天线的特点决定了卫星通信的可靠性和覆盖范围。
3. 雷达系统：雷达天线广泛应用于气象预报、导航、飞行器控制等领域。
它们用来发射电磁波并接收返回的信号，从而实现目标探测和跟踪。
4. 射频识别（RFID）：RFID系统中的天线用于与标签之间的无线通信，实现对物品的追踪、定位和识别。
天线基本原理及室分天线介绍
人教版高一年级语文下学期五单元兰亭集序知识点原文欣赏《兰亭集序》永和九年，岁在癸丑，暮春之初，会于会稽山阴之兰亭，修禊事也。
群贤毕至，少长咸集。
此地有崇山峻岭，茂林修竹；又有清流激湍，映带左右，引以为流觞曲水，列坐其次。
虽无丝竹管弦之盛，一觞一咏，亦足以畅叙幽情。
是日也，天朗气清，惠风和畅，仰观宇宙之大，俯察品类之盛，所以游目骋怀，足以极视听之娱，信可乐也。
夫人之相与，俯仰一世，或取诸怀抱，悟言一室之内；或因寄所托，放浪形骸之外。
虽趣舍万殊，静躁不同，当其欣于所遇，暂得于己，快然自足，不知老之将至。
及其所之既倦，情随事迁，感慨系之矣。
向之所欣，俯仰之间，已为陈迹，犹不能不以之兴怀。
况修短随化，终期于尽。
古人云：“死生亦大矣。
”岂不痛哉！(不知老之将至一作：曾不知老之将至)每览昔人兴感之由，若合一契，未尝不临文嗟悼，不能喻之于怀。
固知一死生为虚诞，齐彭殇为妄作。
后之视今，亦犹今之视昔。
悲夫！故列叙时人，录其所述，虽世殊事异，所以兴怀，其致一也。
后之览者，亦将有感于斯文。
翻译：永和九年，时在癸丑之年，三月上旬，我们会集在会稽郡山阴城的兰亭，为了做禊事。
众多贤才都汇聚到这里，年龄大的小的都聚集在这里。
兰亭这个地方有高峻的山峰，茂盛的树林，高高的竹子。
又有清澈湍急的溪流，辉映环绕在亭子的四周，我们引溪水作为流觞的曲水，排列坐在曲水旁边，虽然没有演奏音乐的盛况，但喝点酒，作点诗，也足够来畅快叙述幽深内藏的感情了。
这一天，天气晴朗，空气清新，和风温暖，仰首观览到宇宙的浩大，俯看观察大地上众多的万物，用来舒展眼力，开阔胸怀，足够来极尽视听的欢娱，实在很快乐。
人与人相互交往，很快便度过一生。
有的人在室内畅谈自己的胸怀抱负；有的人就着自己所爱好的事物，寄托情怀，放纵无羁地生活。
虽然各有各的爱好，安静与躁动各不相同，但当他们对所接触的事物感到高兴时，一时感到自得。
感到高兴和满足，竟然不知道衰老将要到来。
等到对得到或喜爱的东西已经厌倦，感情随着事物的变化而变化，感慨随之产生。
单极与双极天线
单极与双极天线雙極(dipole)和單極(monopole)天線簡介天線在今日的電子產品的角色日益重要。
一方面由於無線產品越來越普及，各式的手機、GPS、藍牙耳機及週邊都會需要靈敏及內建的天線。
另一方面，高速的電路如果不注意，會有意想不到的天線耦合效應而干擾其他電子產品，造成EMI 或 EMC 的間題而影響產品的認証和量產。
本文介紹最簡單且普遍的天線：雙極及單極天線(dipole and monopole antenna)。
簡單是因為它的數學及物理特性；普遍是因為它的設計和成本而有廣泛應用。
同時雙極和單極天線所得到的結果可用於其他更複雜的天線上。
雙極天線的結構和原理Fig. 1a 草繪了一個雙極天線。
基本上就是兩根金屬線指向相反方向。
極性相反的電流由中間流入(出)兩根金屬線形成雙極天線。
如果從電路學來看，可能難以理解電流如何流入(出)完全斷開的金屬線。
這可用 Fig. 1b 的虛擬電容(virtue capacitance) 來 model 及解釋。
這個虛擬電容把斷路的雙極電線變為一個迴路，可以用電路理論來了解天線的特性，而不用更複雜的電磁場理論。
這個虛擬電容包含了少部份的寄生電容 (parasitic capacitance) 以及大部份儲存電場能量的等效電容。
雙極天線的優點：不需要 ground, 同時也比較不受環境影響(人體等等)，常用於早期類比電視的天線或外接天級(如 Fig. 1c 用於 Mio 和 Panasonic 數位電視的外接天線）。
雙極天線的缺點：所佔的空間較大，少用於小型電子產品例如手機、行動電視等。
Fig. 1a and 1bFig. 1c 外接雙極天線一個簡單的類比是拍手，需要兩隻手（雙極）才能拍出聲音（電磁波）。
單極天線的結構和原理故名思義單極天線只有一根金屬線，Fig. 2a 草繪了一個單極天線。
從電磁學理論，天線能夠發射或接收 RF 訊號，需要有電位差 (potential difference)，才能形成電磁波（或電流形成迴路)。
领结天线原理
领结天线原理
领结天线（Dipole Antenna）是一种常见的天线类型，它基于电偶极子的原理工作。
以下是领结天线的基本原理：
1. 电偶极子：领结天线实际上是一个电偶极子，它是由两个相等但反向的电荷构成的。
这两个电荷在天线中心相隔一定距离，形成一个极性相反的电偶极。
2. 电场辐射：当领结天线连接到电源并通过它传输电流时，电流会在天线上流动，产生一个变化的电场。
由于电流的变化，领结天线就会辐射电磁波。
3. 辐射模式：领结天线的辐射模式取决于天线的长度和频率。
当天线的长度等于波长的一半时，它是共振的，产生最有效的辐射。
这种情况下，领结天线的辐射主要集中在垂直于天线的平面上，形成一个辐射图案。
4. 波长和共振：领结天线的长度通常被选择为特定频率的半波长。
这是因为在半波长处，天线更容易实现共振，而且它的阻抗匹配效果更好。
5. 偶极子辐射模式：领结天线的辐射模式呈现出沿着天线轴线的双峰图案，这是典型的电偶极子辐射模式。
电场垂直于天线轴线，并且其强度在两个方向上最大，这就是为什么领结天线通常放置垂直于地面的原因。
总体而言，领结天线是一种简单而有效的天线设计，特别适用于广泛的应用，如广播、通信和射频识别（RFID）等。
它的优势包括结构简单、制造成本低、易于调谐和宽频带特性。
天线基本工作原理
振 子电
场
磁 场
磁
电
场电
场
场
电波传输方向
天线基本工作原理
01
天线基本工作原理
辐射的能力与导线的长度和形状有关。
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。
当两导线的电流 方向相同，由两 导线所产生的感 应电动势方向相 同，因而电磁波 辐射能力较强。
天线基本工作原理
02
天线结构
谢谢大家！
天线阵列：将许多个天线按照一定 的方式进行排列所形成的阵列。输入到 每个天线的信号的幅度和相位都可以是 不同的，通过合理控制各天线输入信号 的幅度与相位，得到所需要的天线特性。
天线基本工作原理
02
天线结构
板状天线，主要由以下部分组成： 辐射单元（振子） 反射板（底板） 功率分配网络（馈电网络） 封装防护（天线罩） 天线接头
天线基本工作原理
天线基本工作原理
01
天线基本工作原理
• 在移动通信系统中，空间无线信号的发射和接收都是依靠移动天 线来实现的。
• 如果天线的选择不好，或者天线的参数设置不当，都会直接影响 到整个移动通信网络的运行质量。
天线ห้องสมุดไป่ตู้本工作原理
01
天线基本工作原理
当导线上有交变电流通过时，就可以在导线周边产生交变的磁场；交变 的磁场又可以激发交变的电场。这样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。
天线基本工作原理
01
天线基本工作原理
天线是一种转换器，它可以把在封闭的传输线中传输的电磁波转换为在空间 中传播的电磁波，也可以把在空间中传播的电磁波转换为在封闭的传输线中 传输的电磁波。
天线的发射基本原理
天线的发射基本原理是：电以接近光的速度在导体中传播，当遇到导体中的不连续点时，它就会被反射回信号源。
如果电流是交变的，并且反射电流在恰当的时刻返回原点或馈电点，那么电流就会受到后面各周期的强化，从而只需要很小的能量就可维持天线内的驻波。
即由于驻波的存在使天线处于谐振状态。
从而向空间发射电波。
在谐振状态下，电压在电流为最大值的中点（振子的中点）是很少，在两端却有极大值，欧姆定律适用于天线，在中点由于电流大，电压低，所以电阻较小，在两端情形恰好相反，因而阻抗较高。
一、四分之一波长天线图TX-1是这种天线的结构图，这是一种平面接地天线，此天线由一根垂直受激励的1/4波长振子组成，振子与一个人工地面有关系，人工地面由四根水平放置的，而且在电气上是接地的辐射棒组成，辐射棒与地面的夹角不同，天线所呈现的阻抗也不相同，如，与地平面平
行时阻抗为34欧；与地平面为45度时，阻抗为50欧。
二、加载天线根据传输线的理论，1/4波长的开路线相当于一个串联谐振电路，所以其整个负载是呈纯电阻性的，在有些场合，由于环境的因素，天线的长度往往受到限制，所以出现了加载天线。
根据传输线的理论，长度小于1/4波长的倍数的天线其阻抗呈容性，这时天线不产生谐振，为此我们可以在天线上加一个电感来与天线平衡，从而使天线发生谐振，我们称这种天线为加载天线。
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300 nm
30 nm 3 nm 300 pm 30 pm
細菌
原子
100 EHz
1 *10^21 Hz 10 *10^21 Hz 100 *10^21 Hz ant basic
3 pm
300 fm 30 fm 3 fm
電磁波頻譜
NAME
ELF SLF ULF VLF LF MF HF VHF UHF SHF Microwave band
ant basic
天線有哪些重要的特性呢?
有兩個基本的參數用來形容天線的運作特性 增益的場形 (電磁波能量在空間的分布): 描述輻射能 量的空間分布和電場與磁場的向量方向 輸入阻抗 (傳輸線至天線的阻抗匹配): 由傳輸線端看 入天線端的等效阻抗，好的天線須達成天線端與傳輸 線的匹配，使能量有效進入天線 有關這兩個名詞將會在無線通訊系統中運作的天線裡更 完整的描述
Mobile phone Fixed line WLAN RJ45 Cable
ant basic
無線傳輸連結的需求
從電磁傳播觀點來講，無線傳輸連結的可行性取決 於是否可克服無線通道上的能量衰減與干擾達到符 合頻寬規格的訊噪比(SNR)，工程手段包括 Can be expensive 加大發射功率
ant basic
天線的輻射
反向時變電流(Differential Mode Current)的輻射磁 場會互相抵消 如傳輸線，由兩個靠近載有相同大小電流但相反 方向的導體組成，產生的輻射很小。
Radiations Cancel
ant basic
天線的輻射
單向的時變電流(Common Mode Current)則會形成 較強的輻射 如偶極天線
User 1
User 2 Public telephone network
ant basic
天線需求視應用而異－無方向性天線需求
蜂巢式行動電話的基地台分布
Distance between cels Freq Group Freq Group Freq Group U F Freq Group
Freq Freq M E Group Group Freq Freq Freq A3 I Group Group Group Freq Freq N C Group Group A2 Freq Freq Freq J Group A3 Group Group Freq Freq O G L Group Group Freq B w Group H
Input Impedance
~
ant basic
Radiation Pattern
電磁波頻譜
Frequency f = c * λ
1 Hz 10 Hz 100 Hz
Wavelength λ = c / f
300 Mm 30 Mm 3 Mm 300 km 30 km 3 km 300 m 30 m 3m 300 mm 30 mm 3 mm 300 um 30 um 3 um
t = T/8
i=max
V=0
t = T/4
ant basic
電波振盪發射圖(2/2)
I
t = (3/8) * T (d)
V=max i=0
隨時間推演，波前向前移動
t = (1/2) * T (e)
ant basic
天線區、近場及遠場的分野
遠場區 Far field or Fraunhover region
Discontinuous Structure: Antenna
Continuous Structure: Transmission Lines
ant basic
天線的輻射
ห้องสมุดไป่ตู้
為了讓天線有效率的轉換電流成成電磁波，天線的尺 寸必須與操作頻率的波長相當或稍大。 相較之下，電流在電路板上的傳輸迴路，除了極高頻 的諧振外，對於基頻頻率的波長而言是非常小的。 因此當電路長度較波長小得許多時，便無法有效的輻 射或接收電磁能量。
6
7 The repeating process of
6 and generate radiation !上兩步驟不停的重複而產生了 輻射 5
ant basic
電波振盪發射圖(1/2)
i=0
場線
t=0
(a)電場線或波前伴隨著電 荷連接在偶極天線的末端
(b)當電荷移動波前也跟 著移動 (c)當電荷通過中間點， 電場線被切開
半波長偶極天線的近場能量流
Boundary sphere
偶極天線
遠場輻射能量流 水平面 近場耦 合能量
ant basic
甚麼樣的天線最好？
甚麼樣的天線最好？ 如何選擇天線？ 有那些天線參數？ 甚麼樣的天線參數對我重要？
Principle: Consider the power distribution in space 從能量的空間分佈需求來考量
ant basic
天線需求視應用而異－高指向性天線需求
GPS Navigation
GPS antenna Forward looking radar
Wi-Fi / WiMax Applications
Satellite Phone
S band S band L band Ka band
Ka band
相關的尺寸
地球直徑
= c/f
Radio
1 kHz 10 kHz 100 kHz 1 MHz 10 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz 100 GHz 1 THz
infrared visible
UV X-ray Gamma-ray
10 THz 100 THz
1 PHz
10 PHz 100 PHz 1 EHz 10 EHz
無線傳輸連結的需求
因應行動通訊的需要與有線連結的限 制，產生多種無線通訊系統與規格
Radio broadcasting Cellular phone WLAN/ Bluetooth
隨著訊號處理與微波工程技術進步， 無線傳輸從以往補足有線傳輸“不及之 處”的角色，進而圖謀以成本優勢取代 有線傳輸連結
V
Je
jk R R '
R R'
d v'
ant basic
電磁波的產生
4
Magnetic vector potential sustains magnetic fields向量磁位能衍生磁場
H A
H E t
E H t
5
Time-varying magnetic fields induces timevarying electrical fields in adjacent space在 鄰近的空間中變動磁場旁伴隨有變動電場變化 The induced time-varying electrical fields subsequently induce time-varying magnetic fields in adjacent space.而產生的時變電場在鄰 近空間中伴隨有變動磁場變化
Outline
天線的定義與無線通訊需求 電磁波的產生 重要天線參數 相關電磁學觀念複習
ant basic
天線的定義與無線通訊需求
何謂天線? 為什麼我們需要天線? 天線可以為我們做些什麼? 天線有哪些重要的特徵? 電磁波頻譜
ant basic
什麼是天線?
國際電子電機協會定義天線如下 天線：專用於輻射或接收電磁波的系統。 Antenna: That part of a transmitting or receiving system which is designed to radiate or receive electromagnetic waves
To infinity
天線區邊界 天線區
R
2 L2
近場區 Near Field or Fresnel region
由於天線是個藉由電場振 盪來運作，在空間上區分 為鄰近天線的振盪區、遠 離天線的發射區及近場轉 變區
遠近場邊界 FresnelFraunhofer boundary sphere
ant basic
發射天線乃是可有效轉換電流成為電磁波輻射的裝 置，而通常電磁波傳播的環境是在(大氣)空間。 接收天線則是可以有效率的轉換入射電磁波成為電 流的裝置。
ant basic
天線的輻射 Everything Radiates, But Most Things Cancel!
安培右手定則告訴我們，電流可產生磁場
一般來說，只要有材質或幾何結構上的不連續，就 會產生輻射、反射、散射…等現象
ant basic
天線的輻射
一般來說，只要有材質或幾何結構上的不連續，就 會產生輻射、反射、散射…等現象
Where there are discontinuities, there are radiation, reflection, refraction, scattering…
V ( R)
1
2
Transportation of charges results in time varying charge density, resulting electrical currents移動電荷造成時變電荷密度，造成電流
4
V'
e
R
dv'