天线基本知识概述

天线基本知识概述
一、天线种类
通信天线品种繁多，主要有下列几种分类方式：
按用途可分为基地台天线（base station antenna）和移动台天线（mobile portable antennas）。

按工作频率可划分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微波；
按其方向性可划分为全向和定向天线；
按其结构性可划分为线天线和面天线。

二、天线的增益
增益是天线主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波能力的表现。

增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，简单地说，在同等条件下，增益越高，电波传播距离就越远，一般固定电台天线采用高增益天线，移动台天线采用低增益天线。

三、电压驻波比
天线输入阻抗和馈线的特性阻抗不一致时，产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波。

其相邻电压最大值和最小值的比就是电压驻波比。

它是检验馈线传输效率的依据，电压驻波比与功率关系如下表1。

表1
本公司产品符合国家标准，在工作范围内，天线端口的电压驻波比小于1.5,在工作频点的电压驻波比小于1.2，电压驻波比过大，将缩短天线通信距离，而且反射功率将返回发射机功放部分，容易烧坏功放部分，影响通信系统正常工作。

四、天线的方向性
天线对于空间不同的方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。

衡量天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。

全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。

另外，我们可以采用一些技术使全向天线略带方向性，根据使用现场地形的需要使方向图成为椭圆形、扇形、心形等，这样使天线的应用就更加灵活、效率更加提高，定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。

天线的主瓣和副瓣：
天线的波瓣宽度：
天线的方向图：
天线的辐射总是希望有某种指定的方向性，要求在所希望的方向上辐射最强，而在不需要的方向上则尽可能的减弱。

决定天线的方向性强弱通常用方向系数来表示：
1、方向系数
以点源天线为参考，几种有关天线的方向性系数为：电流源天线D=1.5倍，半波天线D=1.61倍，全波天线D=2.4倍。

在工程上，为了便于测量常用半波天线为参考，五单元引向天线以半波天线为参考的方向系数D=7倍。

2、增益系数：
天线的增益系数即等于方向性系数乘以天线效率G增=ηA×D 五、天线的工作频带宽度
天线的电参数一般都与工作频率有关，保证电参数指标容许的频率变化范围，即是天线的工作频带动宽度。

对于天线常采用阻抗特性变化率，即电压驻波比小于规定值下的频率连续段为天线的工作带宽。

一般全向天线的工作带宽能达到工作频率范围的5-10%，定向天线的工作带宽达到工作频率的3-5%。

通常，宽频带天线工作频率范围大，适用于多频点通信系统共享，窄带天线抗干扰能力强，相对增益高，适用于单频点远距离通信系统使用。

为了有效的将功率传输到天线端口，应尽量减小馈线的传输损耗，传输损耗取决于电缆的直径和长度，同一频率下电缆直径越大，损耗越小，电缆越长损耗越大，原则上，发射系统要求电缆的传输损耗不宜超过0.5分贝，用户可根据自己的情况，合理选择电缆型号。

六、如何选择天线安装地点
由于地形和环境地的影响，天线接收到的电磁波是有效直射波与反射绕射波及散射波的叠加，其结果决定了接收点处的场强幅度和相位，并直接影响天线的应用效果。

当直射波角度小于brewster角时，与直达波相比，反射波的相移在90°～180°，直达波与反射波将发生某种程度的互消。

而在0°附近消减得最严重。

从0°变化到PBA（准brewster角）的过程中，这种消减
效应逐步减弱。

PBA值与天线本身无关，而是取决于天线服务区范围内的地面特性。

因此，选择天线架设位置应注意以下几个方面。

（1）天线的发射或接收方向应避开障碍物（楼房、铁塔、桥梁）；
（2）天线架设地点应尽量远离干扰源（高压线、航线、铁塔、公路等）；
（3）天线应尽量架设在附近的制高点；
（4）如有几付天线同在一个铁塔上工作，应特别注意它们之间左右和上下的间距，以防相互耦合影响系统性能。

七、天线电感加载
在短极天线的中部某点处加入一定数值的电感就构成了电感加载，该电感可以抵消该点以上线段对该点所呈现的容抗的一部分，从而增大加感以下天线部分的电流。

显然它对加感以上部分以上的电流分布不起作用。

加感线圈放置在天线的中部可获得最大的效率增益。

八、电容加载
在天线的顶端加一根或几根水平的或倾斜的金属导线、板、球、柱、星状辐射片等。

这些顶端所加的线、板、片等称为天线的顶负载，其作用是增大天线顶端的对地分布电容，这一分布电容可等效为一段开路传输线加在天线的顶端，从而使天线的有效高度增加。

套筒式宽频带天线的锥面顶端就是运用锥面做为电容加顶的。

九、天线的效率
天线是一个能量转换器，就希望转换效率比较高，这是最基本的要求。

当天线用交变电动势馈电时，在其周围产生感应场和辐射场，只有辐射场的能量才对接收有用。

此外，如果在天线附近有损耗媒介质存在（如土壤），那感应场就会在该媒质中产生热损耗，损失的能量需要由发射机来补偿。

天线辐射的电磁波能量对天线来说也是一种损耗，但它对我们是有用的叫辐射损耗。

天线效率就是天线的辐射功率P r与天线的输入功率P in之比
ηA=P r／P in
当天线的长度可以和工作波长比拟时，天线的效率一般是较高的，但这在中、长波波段却难以做到，故通常采用加顶负荷的方法来提高辐射能力，并敷设地网来降低天线附近的感应场损耗。

十、天线的阻抗
1、输入阻抗
天线是通过馈线从发射机末级取得高频能量，如果天线与馈线、馈线与发射机之间的阻抗不匹配，就不能保证能量的最大传输和行波状态，因此天线的输入阻抗也是一个重要的参数：
Z in＝U r／I in
Z in＝R in+jX in
Z in是由电阻部分和电抗部分组成，它取决于天线尺寸、形状以及工作频率，而且天线周围物体及环境对天线阻抗的影响也是很大的。

2、辐射电阻
天线向外辐射的功率可以想象为在一个等效电阻上的损耗
P A＝R r×I2最大
十一、天线的极化
天线的极化通常分为线极化、圆极化和椭圆极化。

线极化可根据电场矢量的取向与地面的关系分为水平极化和垂直极化。

十二、地网和平衡网
令Iρ代表天线底部为ρ处的总径间电流，I A代表天线输入点电流，经过计算可以画出Iρ与ρ/r的关系曲线，见图：
由图可见，在ρ=λ/2附近不论H为何值，Iρ都趋向与一固定值。

在ρ＞λ/2的区域则属于辐射场，其损耗列入传播损耗内，由图还可以看出，当天线的电高度较小时，其底部附近的地电流很大，而且短天线的辐射电阻很小，必须敷设良好的地网以提高天线效
率。

一般减小地面损耗的方法是在天线底部的地面下敷设地网或在地面上架设平衡网。

地网由30根～120根辐射状导线组成，导线线径为2～4毫米，埋深为10～50厘米。

平衡网则架在地面上，离地面高度为0.5～1.5米（小功率发射台用）或2～6米（大功率发射台用）。

离地面较高时，可以减小地电流损耗，但降低了天线的有效高度，平衡网在减小地面损耗和提高天线效率方面不如埋地网好，它只用在埋设地网困难的多岩石地区。