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江蘇邱成機電有限公司
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江蘇邱成機電有限公司

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當導體上通以高頻電流時，在其周圍空間會產生電場 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R為空間一點距導體的距離，在 R ﹤﹤ λ/2π 時的區(qū)域稱近區(qū)，在該區(qū)內的電磁場與導體中電流,電壓有緊密的聯(lián)系。在R﹥﹥λ/2π的區(qū)域稱為遠區(qū)，在該區(qū)域內電磁場能離開導體向空間傳播，它的變化相對于導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，當導線的長度 L 遠小于波長 λ 時，輻射很微弱；導線的長度 L增大到可與波長相比擬時，導線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射。
天線
天線
圖2 天線
發(fā)射天線正是利用輻射場的這種性質，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。如何使導體成為一個有效輻射體導系統(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，必須保證兩線結構對稱，線上對應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，都能使導體對稱性破壞而產生輻射。
如圖TX，圖中將開路傳輸或距離終端π/4處的導體成直

狀分開，此時終端導體上的電流已不是反相而是同相了，從而使該段導體在空間點的輻射場同相迭加，構成一個有效的輻射系統(tǒng)。這就是簡單，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?，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，天線振子上就會產生感應電動勢。如此時天線與接收設備相連，則在接收設備輸入端就會產生高頻電流。這樣天線就起著接收作用并將電磁波轉化為高頻電流，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備的匹配。 [1] 
分類 語音
1、按工作性質可分為發(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
微波天線
圖3 微波天線
5、按結構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。
外觀圖片
外觀圖片(20張)
車載天線：是指原設計安裝在車輛上通訊天線，常見應用的是吸盤天線。車載天線結構上也有縮短型、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。
天線測量的典型配置 語音
大多數(shù)普通天線的測量是測定其遠場的輻射特性，如方向圖（幅度、相位、極化）、旁瓣電平、增益、頻帶寬度等。本節(jié)將定義這些測量的基本概念。
圖4為測量輻射特性的典型配置。基本步驟是將一副發(fā)射或接收的源天線放在相對于待測天線（AUT）的遠場位置上，待測天線架設在可旋轉平臺上，旋轉待測天線，借以采集大量方向圖取樣值，實現(xiàn)天線輻射特性的測量。由于天線是電磁開放系統(tǒng)，測試環(huán)境對測量結果將產生影響，因此必須合理選擇測試場地，盡量實現(xiàn)無反射的環(huán)境，如建造微波暗室等。

圖4測量天線輻射特性的典型配置
天線測量中的互易性 語音
天線測量中被測天線的工作狀態(tài)可以是發(fā)射狀態(tài)，也可以是接收狀態(tài)。這可根據(jù)測量的內容，測量的設備、場地條件等因素靈活選擇。由天線互易原理得知，兩種工作狀態(tài)測量該天線參數(shù)的結果應該是一致的。
然而在實際測量中，互易原理必須在一定條件下才能應用。
（1）天線必須是線性的、無源的，如

視接收天線，其饋源與高頻頭（LNB）為一體化的，不能用作發(fā)射。
（2）收發(fā)系統(tǒng)阻抗匹配要良好。雖然待測天線和源天線之間存在多次反射，但由于自由空間傳播的衰減，這種影響并不嚴重。源天線、饋線、信號源以及待測天線、饋線及接收機，它們相互間的阻抗匹配是滿足互易原理的重要條件。
（3）調換天線時，收發(fā)支路無有源器件，如功率放大器、低噪聲放大器、混頻器等。
近場和遠場 語音
天線是一種能量轉換裝置，發(fā)射天線將導行波轉換為空間輻射波，接收天線則把空間輻射波轉換為導行波。因此，一副發(fā)射天線可以視為輻射電磁波的波源，其周圍的場強分布一般都是離開天線距離和角坐標的函數(shù)。通常，根據(jù)離開天

線距離的不同將天線周圍的場區(qū)劃分為感應場區(qū)、輻射近場區(qū)和輻射遠場區(qū)，如圖5所示。

圖5天線的場區(qū)
（1電抗近場
感應場區(qū)是指很靠近天線的區(qū)域。在這個場區(qū)里，不輻射電磁波，電場能量和磁場能量交替地貯存于天線附近的空間內。電小尺寸的偶極子天線其感應場區(qū)的外邊界條件是l/2p。這里，l是工作波長。
（2）輻射近場
在輻射近場區(qū)（又稱菲涅爾區(qū)）里電場的相對角分布（即方向圖）與離開天線的距離有關，即在不同距離處的方向圖是不同的。這是因為：
*由天線各輻射源所建立的場之相對相位關系是隨距離而變的。
*這些場的相對振幅也隨距離而改變。在輻射近場區(qū)的內邊界處（即感應場區(qū)的外邊界處）天線方向圖是一個主瓣和副瓣難分的起伏包絡。
*隨著離開天線距離的增加直到靠近遠場輻射區(qū)，天線方向圖的主瓣和副瓣才明顯形成，但零點電平和副瓣電平均較高。輻射近場區(qū)的外邊界按通用標準規(guī)定為：
r=2D2/λ(m) （1.3.1）
式中，r是觀察點到天線的距離；
D是天線孔徑的尺寸。
（3）輻射遠場
輻射近場區(qū)的外邊就是輻射遠場區(qū)（夫朗荷費區(qū)）。該區(qū)域的特點是：
*場的相對角分布與離開天線的距離無關；
*場的大小與離開天線的距離成反比；
*方向圖主瓣、副瓣和零值點已全部形成。
輻射遠場區(qū)是進行天線測試的重要場區(qū)，天線輻射特性所包括各參數(shù)的測量均需在該區(qū)進行。實際測量中必須遵守*的式（1.3.1）所示的近、遠場的分界距離。

圖6電小尺寸天線的場區(qū)
圖6是電小尺寸L/l<1（L是線天線的大尺寸）的線天線的場區(qū)。由圖可見，電小天線只存在電抗近場區(qū)和輻射遠場區(qū)，沒有輻射近場區(qū)。常把輻射遠場與電抗近場相等的距離定義為L/l<1一類天線電抗近場區(qū)的外界，越過了這個距離（R=2p/l），輻射遠場就占優(yōu)勢。
為了表征輻射遠場相對電抗近場的大

小，常用它們的相對比值。由電基本振子的場方程可以求得電抗近場與輻射遠場之比，若用dB表示則為PE（dB）=20lg（λ/2πR）=-16+20lg（λ/R）
不同距離上的場強比值如表1所示。
表1不同距離上的場強比值
天線輻射特性測量法分類 語音
天線輻射特性測量方法如圖6所示。遠場法可分為室外場、室內場及緊縮場；近場法可分為平面、球面、柱面近場測試法。
1．遠場方法
遠場方法又稱為直接法，所得到的遠場數(shù)據(jù)不需要計算和后處理就是方向圖。但是它往往需要很長的距離才能測試天線的特性，所以大多數(shù)的遠場方法都在室外測試場地進行。室外場又分高架場和斜架場，統(tǒng)稱為自由空間測試場，主要缺點是容易受外界的干擾和場地反射的影響。遠場方法如果在暗室里進行就稱為室內場。因為所需空間很大，室內場往往成本高。
緊縮場在分類上是屬于遠場測試場，但是它不用很大的測試場，而是用一個拋物面天線和饋源，饋源放在拋物面天線的焦點區(qū)域，經(jīng)過拋物面反射的波是平面波。這樣被測天線就在平面波區(qū)域。緊縮場設備的加工精度要求很高，改變工作頻段需要更換饋源，費用較大。
2．近場方法
近場測量技術就是在天線的近場區(qū)的某一表面上采用一個特性已知的探頭來取樣場的幅度和相位特性，通過嚴格的數(shù)學變換而求得天線的遠場輻射特性的技術。根據(jù)取樣表面的形狀，近場測試場分為3種，即平面測試場、柱面測試場和球面測試場。
近場測量技術的主要優(yōu)點是：所需要的場地小，可以在微波暗室內進行高精度的測量，免去了建造大型微波暗室的困難。測量受周

圍環(huán)境的影響極小，保證全天候都能順利進行。測量的信息量大，通過在近場區(qū)的某一表面的取樣可以精確地得出天線任意方向的遠場幅度相位和極化特性。近場測量技術將在第7章詳細論述。

圖6天線輻射特性測量方法分類