天线的基本原理（天线的原理详解）

小时候家里的收音机和电视机都带着可以灵活旋转拉伸的杆子。大家一定还记得这根可以调头的杆子，或许还会好奇的发现这根杆子的长度和方向与广播电视的接收效果有着某种神秘的联系。

这个杆子其实就是一个拉杆天线(也叫鞭状天线或者拉杆天线)，是天线的一种。天线是一种常见的设备，广泛应用于广播、电视、无线电通信、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等领域。

所有通过电磁波传输信号的设备都必须携带天线。我们的手机也需要天线来接听和打电话。

于是有朋友疑惑，为什么我的手机不带杆子？事实上，最早的老式手机大多都配有天线。后来随着技术的发展，天线被藏在了手机里。

我们经常在汽车尾部看到的“棍子”就是汽车天线！我们经常在屋顶或塔上看到以下设备，这就是无线电通信中的天线。前面的天线有的是一根杆，有的天线是一块板，下面的形状其实也有天线。

我们不禁好奇，它们真的都是天线吗？什么是天线天线是能够在空间中有效地向特定方向辐射电磁波或接收来自特定方向的电磁波的装置。我们用人与人之间的交流做类比。

天线是我们的耳朵和嘴巴。我们通过嘴巴把声音转换成声波，然后发出去。

声波在空气中传播，最终被我们的耳朵听到。在通信系统中，天线起着嘴巴和耳朵的作用，但不同的是，天线既能发送电磁波，又能接收电磁波。

天线原理天线将传输线上传播的导波转化为自由空间中传播的电磁波，反之亦然。导波是将全部或大部分电磁能量限制在有限截面内，并沿一定方向传播的电磁波。

我们用火车旅行作为类比。乘客就像电磁波，输电线路就像火车。

上车后，乘客只能在车上活动。乘客沿着火车的方向移动，火车就像导波一样，被限制在有限的横截面内沿确定的方向传播。

出站后，乘客可以自由活动，就像电磁波在自由空间传播一样。这里的火车门类似于天线。

这扇门可以让乘客上下车。同样，可以利用天线将导波转换成自由空间电磁波，将自由空间电磁波转换成导波，这就是天线的互易原理。

天线如何将导波转换成自由空间中的电磁波？1894年，科学家波波夫在一次实验中发现，接收器与无线电波之间的距离比平时显著增大。经过一番研究，波波夫发现一根电线接触到了金属芯片探测器。

就是这根线大大增加了实验距离。这根电线被认为是世界上第一根天线。

在波波夫实验中，导线不小心碰到了金属屑探测器，无形中改变了传输线的形状。根据波波夫实验的思路，科学家发现，随着传输线张角的增大，辐射的电磁波变强。

后来提出了偶极子天线的理论，之后又发展出各种天线。可以看出，天线的尺寸与波长相匹配。

波长和频率之间有密切的关系。光速=频率波长()。

从1G到5G，使用的频率越来越高。波长越小，相应天线的尺寸越小。

这就是为什么手机的天线可以藏在手机内部。因为天线理论比较复杂，这里就不赘述了。

有兴趣可以自学。天线的分类为了满足各种各样的实际需求，工程师们发明了各种各样的天线。

前面提到的不同形状的设备实际上是天线。这是天线的一般分类图。

天线指数之前朋友发现天线的长度方向和广播电视的接收效果有一定的联系。事实上，我们有意无意地旋转和拉伸收音机或电视的天线，改变天线的参数，影响电磁波的接收。

天线的发射和接收效果与天线的参数密切相关。这里我们介绍一下天线的一些基本参数。

1.工作频段天线总是工作在一定的频率范围(带宽)，这取决于指标的要求。满足指标要求的频率范围就是天线的工作频率。

不同的无线系统，运营商使用的频段不同，所以需要选择合适频段的天线。2.极化方式天线的极化是指天线辐射时形成的电场强度方向。

当电场强度方向垂直于地面时，这种电波称为垂直极化波；当电场强度方向与地面平行时，这种电波称为水平极化波。双极化天线由封装在同一个天线罩内的两个极化正交的天线组成。

出于性能原因，两个天线极化45度。3.阻抗对于线天线，天线输入端的电压与电流之比称为天线的输入阻抗。

对于平面天线，馈线上的电压驻波比通常用来表示天线的阻抗特性。选择合适的馈线和阻抗匹配器，以确保天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗匹配，从而最大化天线的功率输入或输出。

4.天线的方向性天线的方向性是指天线向某一方向辐射电磁波的能力。对于接收天线，方向性表示天线接收来自不同方向的无线电波的能力。

天线方向性的特性曲线通常由图案来表示。(方向图可以用来说明天线在空间各个方向发射或接收电磁波的能力。

图中通常有两个或两个以上的阀门，最大的阀门称为主阀，其他阀门称为辅助阀。5.波瓣宽度(又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角)波瓣宽度是指主瓣最大辐射方向两侧辐射强度下降3 dB(功率密度减半)的两点之间的夹角。

波瓣宽度越窄，指向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。6.前后比前后比是指主阀最大值与止回阀最大值之比。

它显示了天线是否抑制了背叶。7.增益天线增益是指在输入功率相等的情况下，实际天线和理想辐射单元在空间同一点产生的信号的功率密度之比。

增益与天线方向图密切相关。方向图的主瓣越窄，旁瓣越小，增益越高。

天线增益用于衡量天线在特定方向辐射电磁波的能力。需要注意的是，天线本身并不会增加辐射信号的能量，只是通过组合天线振子，改变其馈电方式，将能量集中在某个方向。

8.倾斜天线的倾斜角是指无线电波的倾斜角，而不是天线元件本身的机械倾斜角。倾斜角反映了天线接收最强无线电波的高度角度。

9.天线的隔离度是指两个天线或一个双极化天线的不相关性。合格的隔离参数可确保同一扇区天线的分集接收性能。

10.驻波比(VSWR)天线驻波比(VSWR)是天馈与基站匹配程度的指标。它的产生是因为入射波能量传输到天线的输入端，但没有完全辐射出去，产生反射波，这些反射波是叠加在一起的。

此外，天线指标还需要关注天线的向下倾斜模式，以及端口、连接器、馈线等数量。你见过什么形状的天线？。