通信工程師考試天線基礎(chǔ)知識(shí)[1]

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11.2 天線基礎(chǔ)知識(shí)

11.2.1 概述

電磁波可以在空間中或沿傳輸線路進(jìn)行傳播，天線是電波這兩種傳播介質(zhì)的接口，是通信路徑中重要的一部分。天線是無(wú)源器件，因此，發(fā)射天線所輻射的功率不可能比來(lái)自發(fā)射機(jī)進(jìn)入天線的功率更大。實(shí)際上，由于損耗的存在，前者總是比后者要小。天線在某個(gè)方向上的增益是由天線在這個(gè)方向上的功率集中所致，同時(shí)還伴隨著其他方向上的功率減少。

天線是互易器件，即同一種設(shè)計(jì)既可以用作發(fā)射天線，也可以用作接收天線，性能都一樣地好，并且具有相同的增益。在無(wú)線通信中，通常是同一天線既用作發(fā)射，也用作接收。

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，發(fā)射天線的任務(wù)是將沿著傳輸線傳輸?shù)碾姶拍苻D(zhuǎn)換成在空間傳播的電磁波。傳輸線中的能量包含在導(dǎo)線與導(dǎo)線之間的電場(chǎng)以及位于導(dǎo)線外圍的磁場(chǎng)內(nèi)。所有要做的只是將這些電磁場(chǎng)（以及它們所具有的能量）“發(fā)射”到空間中去。

在接收天線端，空間中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)引起天線中的導(dǎo)線產(chǎn)生電流，因此一些能量就從這些電磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)移到與接收天線相連接的傳輸線中，并到達(dá)接收機(jī)。

1.天線增益

天線是將傳輸線中的電磁能轉(zhuǎn)化成自由空間的電磁波或?qū)⒖臻g電磁波轉(zhuǎn)化成傳輸線中的電磁能的設(shè)備。因?yàn)樘炀€是無(wú)源器件，所以?xún)H僅起轉(zhuǎn)化作用而不能放大信號(hào)。

圖11-5所示的是最常用的全向天線的輻射方向圖，它的定義是：用垂直平面和水平平面上表示不同方向輻射電磁波功率大小的曲線來(lái)表示天線的方向性。

圖11-6所示的是一個(gè)理想點(diǎn)源在空間的方向圖。圖11-7為全向天線方向圖與理想點(diǎn)源方向圖對(duì)比圖，可以看出全向天線在水平方向上突出了一部分（正的增益），在垂直方向上少了一部分（負(fù)的增益），全向天線是把一個(gè)方向的能量貼補(bǔ)到另一個(gè)方向上來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)源增益的。

圖11-6理想點(diǎn)源（無(wú)耗均勻輻射器）的輻射方向田圖11-7全向天線與理想點(diǎn)源的輻射方向圖對(duì)比天線增益是指天線將發(fā)射功率往某一指定方向集中輻射的能力，是指在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想點(diǎn)源在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的平方之比，即功率之比。顯然增益越高，天線波束的范圍就越小。

2.天線極化

天線的極化就是指天線輻射時(shí)形成的電場(chǎng)強(qiáng)度（圖中崳頭）方向。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直于地面時(shí)，此電波就稱(chēng)為垂直極化波，如圖11-8所示。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度方向平行于地面時(shí)。此電波就稱(chēng)為水平極化波，如圖11-9所示。

電波的極化方式有三種：水平極化、垂直極化和圓極化。不管理論上怎么計(jì)算，簡(jiǎn)單的判斷方法，就是看振子的方向，振子是水平放的就是水平極化，垂直極的就是垂直極化。極化方式之所以重要，是因?yàn)橐蟀l(fā)射方與接收方的極化方式必須一致也就是說(shuō)垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來(lái)接收，才能有好的接收效果。如果極化方式不一致，會(huì)有10dB到20dB的損失，稱(chēng)為極化損失。當(dāng)接收天線的極化方向與來(lái)波的極化方向完全正交時(shí)，例如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來(lái)波，天線就完全接收不到來(lái)波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱(chēng)極化完全隔離。

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