天线的理论基础是什么_天线的基础原理及种类介绍

天线是无线传输不可或缺的一部分。除了用光纤、电缆、网线传输有线信号，所有在空气中通过电磁波传播的信号都需要各种形式的天线。

天线的基本原理

天线的基本原理是高频电流在其周围产生变化的电场和磁场。根据麦克斯韦电磁场理论，“改变电场产生磁场，改变磁场产生电场”，这样连续激励就可以实现无线信号的传输。

增益系数

天线总输入功率的比值称为天线的最大增益系数。它比天线的方向系数更全面地反映了天线对总射频功率的有效利用。并用分贝表示。从数学上可以证明，天线的最大增益系数等于天线方向性系数和天线效率的乘积。

天线效率

指天线辐射的功率(即有效转换电磁波的功率)与输入天线的有功功率之比。是小于1的常数值。

天线极化波

电磁波在空间传播时，如果电场矢量的方向保持不变或按一定规律旋转，这种电磁波称为极化波，也称为天线极化波，或极化波。通常可分为平面极化(包括水平极化和垂直极化)、圆极化和椭圆极化。

偏振方向

极化电磁波的电场方向称为极化方向。

偏振面

偏振电磁波的偏振方向和传播方向所形成的平面称为偏振面。

垂直极化

无线电波的极化往往以地球为基准面。任何极化平面平行于地球法线平面(垂直面)的极化波称为垂直极化波。它的电场方向垂直于地球。

水平极化

任何极化平面垂直于地球法线平面的极化波都称为水平极化波。它的电场方向与地球平行。

面振

如果电磁波的极化方向保持在一个固定的方向，则称为平面极化，也称为线极化。当电场平行于地球的分量(水平分量)和垂直于地球表面的分量具有任意的相对振幅时，就可以得到平面极化。垂直极化和水平极化是平面极化的特例。

圆偏振

当无线电波的极化平面与地球法线平面之间的夹角从0到360周期性变化，即电场的大小不变，方向随时间变化，电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影为一个圆时，称为圆极化。当电场的水平和垂直分量具有相同的幅度并且相位差为90或270时，可以获得圆极化。圆极化，如果极化平面随时间旋转，与电磁波的传播方向成直角螺旋关系，则称为右旋圆极化；另一方面，如果存在左旋螺旋关系，则称为左旋圆极化。

椭圆偏振

如果无线电波的极化平面与地球法线平面的夹角在0 ~ 2范围内周期性变化，电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影为椭圆，则称为椭圆极化。当电场的垂直分量和水平分量的幅度和相位为任意值时(两个分量相等时除外)，可以得到椭圆极化。

长波天线和中波天线

它是工作在长、中波波段的发射天线或接收天线的总称。长波和中波通过地波和天波传播，天波在电离层和地球之间不断反射。根据这种传播特性，长波和中波天线应该能够产生垂直极化的电波。在长波和中波天线中，

工作在短波波段的发射或接收天线统称为短波天线。短波主要通过电离层反射的天波传播，是现代远距离无线电通信的重要手段之一。短波天线有多种形式，其中应用最广泛的有对称天线、同相水平天线、双波天线、角形天线、V形天线、菱形天线和鱼骨形天线。与长波天线相比，短波天线具有有效高度大、辐射电阻高、效率高、方向性好、增益高、通带宽的优点。

超短波天线

工作在超短波波段的发射和接收天线称为超短波天线。超短波主要通过空间波传播。这种天线有多种形式，其中八木天线、盘锥天线、双锥天线和“蝙蝠翼”电视发射天线应用最为广泛。

微波天线

工作在米波、分米波、厘米波、毫米波等波段的发射或接收天线统称为微波天线。微波主要通过空间波传播，为了增加通信距离，天线架设得更高。在微波天线中，抛物面天线、喇叭抛物面天线、喇叭天线、透镜天线、缝隙天线、介质天线和潜望镜天线被广泛使用。

定向天线

定向天线是指在一个或几个特定方向发射和接收电磁波，而在其他方向发射和接收电磁波为零或极小的天线。使用定向发射天线的目的是增加辐射功率的有效利用率，增加保密性；使用定向接收天线的主要目的是增加抗干扰能力。

非定向天线

向各个方向均匀辐射或接收电磁波的天线称为非定向天线，如小型通信机的鞭状天线。

全频道天线

方向性、阻抗和极化特性在宽频带内几乎保持不变的天线称为宽带天线。早期的宽带天线有菱形天线、V形天线、倍频天线、盘锥天线等。新型宽带天线包括对数周期天线等。

调谐天线

仅在非常窄的频带内具有预定方向性的天线被称为调谐天线或调谐定向天线。通常，调谐天线的方向性仅在其调谐频率的5%左右的频带内保持不变，而在其他频率，方向性变化非常剧烈，导致通信的破坏。调谐天线不适合频率可变的短波通信。同相水平天线、折叠天线和曲折天线都是调谐天线。

垂直天线

垂直天线是指垂直于地面放置的天线。它有对称和不对称两种形式，后者应用广泛。对称垂直天线通常是中央馈电的。非对称垂直天线在天线底部和地面之间馈电，当高度小于1/2波长时，其最大辐射方向集中在地面方向，适合广播。非对称垂直天线也称为垂直接地天线。

倒l形天线

在一根水平导线的一端连接一根垂直引下线而形成的天线。因为它的形状像倒过来的英文字母L，所以叫倒L形天线。俄语字母的字正好是英语字母l的反过来，因此，称天线更方便。它是一种垂直接地天线。为了提高天线的效率，其水平部分可以由若干根排列在同一水平面上的导线组成，该部分产生的辐射可以忽略，而垂直部分产生的辐射则为。倒L型天线一般用于长波通信。其优点是结构简单，安装方便；缺点是占地面积大，耐用性差。

t形天线

在水平导体的中央，连接着一根垂直的引下线，看起来像英文字母T，所以叫T型天线。这是最常见的垂直接地天线。它的水平辐射可以忽略，产生辐射的是垂直部分。为了提高效率，水平部分也可以由多根导线组成。t形天线具有与倒L形天线相同的特性。它通常用于lon

鞭状天线是一种柔性垂直杆天线，长度一般为1/4或1/2波长。大多数鞭状天线使用接地网而不是地线。小型鞭状天线通常使用小型无线电台的金属外壳作为接地网。有时为了增加鞭状天线的有效高度，可以在鞭状天线的顶部增加一些小的径向叶片或者在鞭状天线的中间端增加电感。鞭状天线可用于小型通信机、步行者、汽车收音机等。

对陈天仙

两根长度相同的导线，中心断开连接馈电，可以作为发射和接收天线。这样形成的天线称为对称天线。因为天线有时被称为振荡器，所以对称天线也被称为对称振荡器或偶极天线。总长度为半波长的对称振子称为半波振子，也称为半波偶极子天线。它是最基本的单元天线，应用非常广泛，许多复杂天线都是由它组成的。半波振荡器结构简单，馈电方便，在短距离通信中应用广泛。

笼形天线

它是一种宽带弱定向天线。它是一个由几根导线环绕的空心圆柱体，而不是对称天线中的单个导线辐射器。因为它的辐射体是笼形的，所以叫笼形天线。笼形天线工作频带宽，易于调谐。适用于短距离干线通信。

角度天线

它属于对称天线的一种，但它的两臂不是排列在一条直线上，而是形成90或120的角度，所以称为角形天线。这种天线一般是水平的，指向性不显著。为了获得宽带特性，角形天线的两臂也可以采用笼形结构，称为角形笼形天线。

折叠式天线

将偶极子弯曲成相互平行的对称天线，称为折叠天线。折叠天线有几种类型，如双线折叠天线、三线折叠天线和多线折叠天线。弯曲时，每条线上各对应点的电流应同相。从远处看，整个天线看起来像一个对称的天线。但是，与对称天线相比，折叠天线的辐射有所增强。输入阻抗增加，便于与馈线耦合。折叠天线是一种调谐天线，工作频率较窄。广泛应用于短波和超短波波段。

v形天线

它是由两根互成角度的导线组成的天线，形状像英文字母v，其端子可以开路，也可以接电阻，其电阻等于天线的特性阻抗。V形天线是单向的，最大发射方向在平分线方向的垂直平面内。其缺点是效率低，面积大。

菱形天线

这是宽带天线。它由悬挂在四根柱子上的水平菱形组成，菱形的一个锐角连接到馈线，另一个锐角连接到等于菱形天线特性阻抗的终端电阻。在指向终端电阻方向的垂直平面中，它是单向的。

菱形天线具有增益高、方向性强、使用频带宽、易于架设和维护的优点。缺点是占地面积大。变形后的菱形天线有三种形式：双菱形天线、反馈式菱形天线和折叠式菱形天线。菱形天线一般用于大中型短波接收站。

盘锥形天线

这是超短波天线。上面是圆盘(辐射体)，由同轴线的中心线馈电，下面是连接在同轴线外导体上的圆锥体。圆锥的作用类似于无限大地的作用。改变圆锥体的倾斜角度可以改变天线的最大辐射方向。它有很宽的频带。

鱼骨天线

鱼骨天线又称侧发射天线，是一种特殊的短波接收天线。它包括在两条收集线上每隔一定间隔连接一个对称振荡器，这些对称振荡器通过一个非常小的电容连接到收集线上。在组装线的末端，即面向通信方向的一端，连接一个等于组装线特性阻抗的电阻，另一端通过馈线连接到接收机。与菱形天线相比，鱼骨形天线具有以下优点

也称为转向天线。它由几根金属棒组成，其中一根是辐射器，辐射器后面长的是反射器，前面短的是导向器。辐射器通常使用折叠半波振荡器。天线的最大辐射方向与指向矢的方向相同。八木天线的优点是结构简单，便携牢固，馈电方便。缺点：频带窄，抗干扰性差。在超短波通信和雷达中的应用。

扇形天线

它有两种形式：金属板型和金属丝型。其中，它是扇形金属板型和扇形金属丝型。这种天线拓宽了天线频带，因为它增加了天线的横截面积。线扇形天线可以使用三根、四根或五根金属线。扇形天线用于超短波接收。

双锥形天线

双锥天线由两个锥顶相对的锥体组成，在锥顶馈电。锥体可以由金属表面、金属丝或金属网制成。就像笼形天线一样，天线的频带随着天线横截面积的增加而变宽。双锥天线主要用于超短波接收。

抛物面天线

抛物面天线是一种定向微波天线，由抛物面反射器和辐射器组成，辐射器安装在抛物面反射器的焦点或焦轴上。辐射器发出的电磁波经抛物面反射，形成方向性强的波束。

抛物面反射器由导电性好的金属制成，主要有四种方式：旋转抛物面、圆柱抛物面、切割旋转抛物面和椭圆边抛物面，最常用的是旋转抛物面和圆柱抛物面。辐射器一般采用半波振荡器、开口波导和开槽波导。

抛物面天线具有结构简单、方向性强、工作频带宽等优点。缺点是：由于辐射体位于抛物面反射器的电场中，反射器对辐射体的反作用力很大，天线和馈线很难匹配好；背面辐射大；防护差；制造精度高。这种天线广泛用于微波中继通信、对流层散射通信、雷达和电视。

喇叭抛物面天线

喇叭抛物面天线由喇叭和抛物面组成。抛物面覆盖喇叭，喇叭的顶点位于抛物面的焦点上。喇叭是辐射体，向抛物面辐射电磁波。电磁波被抛物面反射，聚焦成一束窄波并发射出去。喇叭抛物面天线的优点是：反射器对辐射器无反作用，辐射器对反射的无线电波无屏蔽作用，天线与馈电装置匹配良好；腰背辐射；保护程度高；工作频带很宽；结构简单。喇叭抛物面天线广泛应用于中继通信中。

喇叭

也称为喇叭天线。它由均匀波导和横截面逐渐增大的喇叭形波导组成。喇叭天线有三种：扇形喇叭天线、棱锥喇叭天线和圆锥喇叭天线。喇叭天线是最常用的微波天线之一，一般用作辐射器。其优点是工作频带宽；缺点是体积较大，对于同样口径，指向性不如抛物面天线尖锐。

喇叭透镜天线

它由喇叭和安装在喇叭孔径上的透镜组成，所以称为喇叭透镜天线。透镜的原理是指透镜天线，工作频带相当宽，防护程度比抛物面天线高。它广泛应用于多信道的微波集群通信中。

透镜天线

在厘米波段，许多光学原理可以应用于天线。在光学中，放置在透镜焦点处的点光源所辐射的球面波，经过透镜折射后，可以变成平面波。透镜天线就是利用这一原理制成的。它由一个透镜和放置在透镜焦点处的辐射器组成。透镜天线有两种：介质减速透镜天线和金属加速透镜天线。镜头采用低损耗高频介质，中间厚四周薄。从辐射源发射的球面波在穿过电介质透镜时被减速。因此，球面波在透镜中间部分减速的路径长，在周围部分减速的路径短。所以球面波通过透镜后就变成了平面波，也就是辐射变得有方向性。镜头由许多长度不同的金属板平行放置而成。金属板垂直于地面，越靠近中间越短。平行金属板中的无线电波

扩散的时候加速了。当来自辐射源的球面波通过金属透镜时，越靠近透镜边缘，加速路径越长，而中间的加速路径越短。因此，球面波通过金属透镜就变成了平面波。

透镜天线具有以下优点：

1、旁瓣和背瓣小，所以图案更好；

2、镜头制造精度不高，制造起来比较方便。其缺点是效率低，结构复杂，价格高。透镜天线用于微波中继通信。

开槽天线

一个或几个窄缝被切割在一个大的金属板上，并由同轴线或波导馈电。这样形成的天线称为缝隙天线，也称为缝隙天线。为了获得单向辐射，金属板的背面做成腔体，波导直接给缝隙馈电。缝隙天线结构简单，无突出部分，特别适用于高速飞行器。它的缺点是很难调。

电介质天线

介质天线是由低损耗高频介质材料(通常是聚苯乙烯)制成的圆棒，其一端由同轴线或波导馈电。2是同轴线的内导体的延伸，以形成用于激励电磁波的振动器；3是同轴线；4是金属套管。套管的作用不仅是夹住介质棒，还能反射电磁波，保证电磁波被同轴线的内导体激发，传播到介质棒的自由端。介质天线的优点是尺寸小，方向性强；缺点是介质有损耗，所以效率不高。

潜望镜天线

在微波中继通信中，天线往往放在很高的支架上，所以需要很长的馈线来给天线馈电。太长的馈线会造成很多困难，比如结构复杂、能量损耗大、馈线接头处能量反射导致失真等等。为了克服这些困难，可以使用潜望镜天线，它由放置在地面上的下镜面辐射器和安装在支架上的上镜面反射器组成。下镜面辐射器一般是抛物面天线，上镜面反射器是金属板。下镜面辐射器向上发射电磁波，并通过金属板反射。潜望镜天线的优点是低能量损耗、低失真、高效率。主要用于小容量微波中继通信。

螺旋形天线

这是一个螺旋形的天线。它由一根导电性良好的金属螺旋线组成，通常由同轴线馈电，同轴线的芯线与螺旋线的一端相连，同轴线的外导体与接地的金属网(或板)相连。螺旋天线的辐射方向与螺旋的周长有关。当螺旋的周长远小于一个波长时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴；当螺旋的周长在一个波长的数量级时，最强的辐射出现在螺旋轴的方向上。

天线调谐器

连接发射机和天线的阻抗匹配网络称为天线调谐器。天线的输入阻抗随频率变化很大，而发射机的输出阻抗是固定的。如果发射机直接连接天线，当发射机的频率发生变化时，发射机与天线之间的阻抗不匹配，会降低辐射功率。通过使用天线调谐器，可以匹配发射机和天线之间的阻抗，使得天线在任何频率下都具有最大辐射功率。天线调谐器广泛应用于地面、车辆、船舶和航空短波电台。

对数周期天线

它是一种宽带天线，或者说是一种与频率无关的天线。其中，它是一种简单的对数周期天线，其偶极子长度和间距符合以下关系：偶极子由均匀双线传输线馈电，传输线要在相邻偶极子之间切换。这种天线有一个特性：在频率f上的任何特性都会在 f给定的所有频率上重复，其中n是整数。这些频率在对数标度上都是等间距的，周期等于的对数。对数周期天线的名称由此而来。对数周期天线仅周期性地重复辐射模式和阻抗特性。但是，如果这种结构的天线的不是远小于1，那么它的特性在一个周期内的变化是很小的，所以它基本上与频率无关。对数周期天线有很多种，包括对数周期偶极天线和单极天线、对数周期谐振V形天线和对数周期螺旋天线，其中以对数周期偶极天线最为常见。这些天线广泛应用于短波及以上波段。