什么叫天線？

天線是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波，變換成在無界媒介（通常是自由空間）中傳播的電磁波，或者進行相反的變換。在無線電設(shè)備中用來發(fā)射或接收電磁波的部件。無線電通信、廣播、電視、雷達、導(dǎo)航、電子對抗、遙感、射電天文等工程系統(tǒng)，凡是利用電磁波來傳遞信息的，都依靠天線來進行工作。此外，在用電磁波傳送能量方面，非信號的能量輻射也需要天線。一般天線都具有可逆性，即同一副天線既可用作發(fā)射天線，也可用作接收天線。同一天線作為發(fā)射或接收的基本特性參數(shù)是相同的。這就是天線的互易定理。

天線的作用

天線輻射的是無線電波，接收的也是無線電波，然而發(fā)射機通過饋線送入天線的并不是無線電波，接收天線也不能把無線電波直接經(jīng)饋線送入接收機，其中必須經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換過程。下面我們以無線電通信設(shè)備為例分析一下信號的傳輸過程，進而說明天線的能量轉(zhuǎn)換作用。

圖1天線能量轉(zhuǎn)換原理示意圖

在發(fā)射端，發(fā)射機產(chǎn)生的已調(diào)制的高頻振蕩電流（能量）經(jīng)饋電設(shè)備輸入發(fā)射天線（饋電設(shè)備可隨頻率和形式不同，直接傳輸電流波或電磁波），發(fā)射天線將高頻電流或?qū)Рǎ�能量）轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線電波—自由電磁波（能量）向周圍空間輻射（見圖1）；在接收端，無線電波（能量）通過接收天線轉(zhuǎn)變成高頻電流或?qū)Рǎ�能量）�?jīng)饋電設(shè)備傳送到接收機。從上述過程可以看出，天線不但是輻射和接收無線電波的裝置，同時也是一個能量轉(zhuǎn)換器，是電路與空間的界面器件。

工作原理

當(dāng)導(dǎo)體上通以高頻電流時，在其周圍空間會產(chǎn)生電場 與磁場。按電磁場在空間的分布特性，可分為近區(qū)，中間區(qū)， 遠區(qū)。設(shè)R為空間一點距導(dǎo)體的距離，在

時的區(qū)域稱近區(qū)，在該區(qū)內(nèi)的電磁場與導(dǎo)體中電流，電壓有緊密的聯(lián)系。

在

的區(qū)域稱為遠區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)電磁場能離開導(dǎo)體向空間傳播，它的變化相對于導(dǎo)體上的電流電壓就要滯后一段時間，此時傳播出去的電磁波已不與導(dǎo)線上的電流、電壓有直接的聯(lián)系了，這區(qū)域的電磁場稱為輻射場。

必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長度 L 遠小于波長 λ 時，輻射很

天線

圖2 天線

微弱；導(dǎo)線的長度 L 增大到可與波長相比擬時，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射。

發(fā)射天線正是利用輻射場的這種性質(zhì)，使傳送的信號經(jīng)過發(fā)射天線后能夠充分地向空間輻射。如何使導(dǎo)體成為一個有效輻射體導(dǎo)系統(tǒng)呢？這里我們先分析一下傳輸線上的情況，在平行雙線的傳輸線上為了使只有能量的傳輸而沒有輻射，必須保證兩線結(jié)構(gòu)對稱，線上對應(yīng)點電流大小和方向相反，且兩線間的距離《π。要使電磁場能有效地輻射出去，就必須破壞傳輸線的這種對稱性，如采用把二導(dǎo)體成一定的角度分開，或是將其中一邊去掉等方法，都能使導(dǎo)體對稱性破壞而產(chǎn)生輻射。

如圖TX，圖中將開路傳輸或距離終端π/4處的導(dǎo)體成直狀分開，此時終端導(dǎo)體上的電流已不是反相而是同相了，從而使該段導(dǎo)體在空間點的輻射場同相迭加，構(gòu)成一個有效的輻射系統(tǒng)。這就是最簡單，最基本的單元天線，稱為半波對稱振子天線，其特性阻抗為75Ω。電磁波從發(fā)射天線輻射出來以后，向四面?zhèn)鞑コ鋈ィ�若電磁波傳播的方向上放一對稱振子，則在電磁波的作用下，天線振子上就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如此時天線與接收設(shè)備相連，則在接收設(shè)備輸入端就會產(chǎn)生高頻電流。這樣天線就起著接收作用并將電磁波轉(zhuǎn)化為高頻電流，也就是說此時天線起著接收天線的作用，接收效果的好壞除了電波的強弱外還取決于天線的方向性和半邊對稱振子與接收設(shè)備的匹配。

天線的分類

1、按工作性質(zhì)可分為發(fā)射天線和接收天線。

2、按用途可分為通信天線、廣播天線、電視天線、雷達天線等。

3、按方向性可分為全向天線和定向天線等。

4、按工作波長可分為超長波天線、長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線等。

微波天線

圖3 微波天線

5、按結(jié)構(gòu)形式和工作原理可分為線天線和面天線等。描述天線的特性參量有方向圖、方向性系數(shù)、增益、輸入阻抗、輻射效率、極化和頻寬。

6、按維數(shù)來分可以分成兩種類型：一維天線和二維天線

一維天線：由許多電線組成，這些電線或者像手機上用到的直線，或者是一些靈巧的形狀，就像出現(xiàn)電纜之前在電視機上使用的老兔子耳朵。單極和雙極天線是兩種最基本的一維天線。

二維天線：變化多樣，有片狀（一塊正方形金屬）、陣列狀（組織好的二維模式的一束片）、喇叭狀、碟狀。

7、天線根據(jù)使用場合的不同可以分為：手持臺天線、車載天線、基地天線三大類。

手持臺天線：就是個人使用手持對講機的天線，常見的有橡膠天線和拉桿天線兩大類。

車載天線：是指原設(shè)計安裝在車輛上通訊天線，最常見應(yīng)用最普遍的是吸

盤天線。車載天線結(jié)構(gòu)上也有縮短型、四分之一波長、中部加感型、八分之五波長、雙二分之一波長等形式的天線。

基地臺天線：在整個通訊系統(tǒng)中具有非常關(guān)鍵的作用，尤其是作為通訊樞紐的通信臺站。常用的基地臺天線有玻璃鋼高增益天線、四環(huán)陣天線（八環(huán)陣天線）、定向天線。