天线的不同类型的天线和特性

在本教程中，我们将了解天线，天线的不同类型，天线的不同特性以及天线的许多其他重要方面。

如果您对无线通信工程学，您将有一段时间您会遇到设计或与天线合作。不管感兴趣的领域如何，我希望本天线和不同类型的天线的教程对即使是非技术人员也会有用。

重要的提示：

• 天线理论涉及许多复杂的数学，从电磁波，麦克斯韦方程，功率模式，辐射等开始。
• 讨论这些内容是本教程的范围，因为这只是一项介绍性工作。

天线无处不在

您通常是否了解天线的天线，无论您是否了解天线的工作。在有无线通信的地方，都有一个天线。天线的形状，大小和类型可能有所不同，但有一个天线涉及。

笔记：无线通信（例如红外通信）是一个例外。

例如，考虑我们一生中最重要的两个设备：手机和电视（或简称T.V.）。这两个设备都依赖于无线通信，因此这两个设备都必须以某种方式具有与它们相关的天线。

笔记：即使涉及天线，也不会在这里讨论电缆T.V.（通常与操作员一起，他们在天线的帮助下接收信号并通过同轴电缆将其传输）。

实际上，这些设备和许多其他无线设备，例如路由器，无线调制解调器，游戏控制器，蓝牙设备（例如耳机）等。基本上具有一种或其他方式的天线。

那么，什么是天线？

天线是隶属于“引导波”和“自由空间”之间过渡区域的结构。好的，对于初学者来说，这绝对不是一个好的定义。让我这样说：一种天线（或有时称为空中），是一种将电力转换为电磁波（或简单的无线电波）和反之亦然的电气设备。

传输线或引导设备（因此是指导波）像同轴电缆一样的信号，然后将信号转换为电磁能，将信号转换为可以通过空间传输的电磁能（因此，术语自由空间）。

天线可用于电磁辐射的传输和接收，即用传输线收集电信号传输天线，并将其转换为无线电波，而接收天线则完全相反。电信号并将其送入传输线。

我们为什么需要天线？

关于我们为什么需要或为什么使用天线的原因有几个原因，但是我们为什么使用天线的一个重要原因是，它们提供了一种简单的方式来传输其他方法，而其他方法是不可能的。

例如，以飞机为例。飞行员需要经常与ATC人员沟通。如果我们将（动态可变长度）的电缆绑定到平面的尾部并将其连接到ATC，那么如果没有任何意义。

无线通信是唯一可行的选择，天线是该的门户。在许多情况或应用程序中，电缆比与天线的无线通信更喜欢电缆（例如，高速以太网或游戏机与T.V.之间的连接）。

不同类型的天线

现在，我们已经看到了一般的天线，为什么我们要使用天线，让我们进一步进行，并将其视为不同类型的天线。天线有几种类型，每种文献都有其自身的天线分类。

下面提到了一些常见的天线类型：

• 电线天线
  • 短偶极天线
  • 偶极天线
  • 循环天线
  • 单极天线
• 日志周期性天线
  • 领结天线
  • 原木周期天线
  • 对数周期偶极阵列
• 光圈天线
  • 插槽天线
  • 角天线
• 微带天线
  • 矩形微带贴片天线
  • 四分之一波片天线
• 反射器天线
  • 平板反射器天线
  • 角反射器天线
  • 抛物线反射器天线
• 镜头天线
• 游览波天线
  • 长电线天线
  • Yagi – Uda天线
  • 螺旋线天线
  • 螺旋天线
• 阵列天线
  • 两元素阵列天线
  • 线性阵列天线
  • 分阶段阵列天线

现在让我们简要查看这些不同类型的天线。

电线天线

最常用的天线之一是电线天线。它们可以在车辆（汽车），船只，飞机，建筑物等中找到。线形天线具有不同的形状和尺寸，例如直线（偶极子），环和螺旋。

短偶极天线

也许所有天线中最简单的是短偶极天线。这是偶极天线的特殊情况。

以最简单的形式，它基本上是一条开路线，信号在中心供电。短偶极天线中的“短”一词不是直接指其大小，而是指线相对于信号波长的大小。

对于典型的短偶极天线，电线的长度小于操作频率波长的十分之一。

偶极天线

偶极天线组成了两个在相同轴的导体，与波长相比，电线的长度需要小。

循环天线

循环天线由单个或多个转弯形成循环形成。环形天线产生的辐射与短偶极天线相当。

单极天线

偶极天线的特殊情况是单子天线，即它是偶极天线的一半。

光圈天线

一类方向天线，光圈天线在表面上有一个开口。通常，孔线天线由偶极或环形天线组成，并在引导结构中带有发射无线电波的开口。

插槽天线

一种孔线天线，其中包含一个或多个在波导表面上切开的插槽。它们通常以微波频率使用，并具有全向辐射模式。

角天线

最受欢迎的天线之一是喇叭天线，它会影响自由空间中传输线与波动传播之间的过渡。它是波导的自然延伸。

天线的基本参数（特征）

到现在为止，我们对天线以及它是无线通信系统中必不可少的组成部分的基本了解。要理解的下一个重要的事情是，典型的无线通信系统的特征取决于系统中使用的天线的特征。

例如，通信系统的操作特征将其根源源于天线的方向特征。无论使用天线中的应用如何，所有天线都与一些基本参数相关。

这些参数有时也称为天线的特性或天线特性。天线的某些基本特征如下：

• 天线辐射模式
• 辐射强度
• 方向性和收益
• 辐射效率和功率增长
• 输入阻抗
• 有效长度
• 带宽
• 有效的光圈
• 天线极化

让我们了解天线的这些特性。

辐射模式

实用的天线不能以相等的强度在所有方向上辐射能量。通常发现来自天线的辐射在一个方向上是最大的，而在其他方向上则最小或几乎为零。

场强是用于表示天线的辐射模式的数量。通常在距天线特定距离处的点测量。

您可以通过在电线上的两个不同点上计算电压来测量场强，并将结果与​​两个点之间的距离分开。因此，场强的单位是每米伏。

从图形上讲，强度场被绘制为三维图，因为它是天线等距点处电磁场强度的度量。

如果天线的辐射图只是方向的函数，则将其简单地称为辐射模式。但是，如果它是用电场V/M中的强度，然后称为场强（或辐射）图案。

下图显示了具有半波长和一个波长的偶极天线的场辐射图。

有时，天线的辐射也是单位实体角度功率的函数。该图称为功率辐射模式。

辐射强度

天线的辐射强度是每单位实体角的功率。它由U表示，并且独立于距天线的距离。辐射强度的单位是瓦特瓦特（w/sr）。

方向性和收益

理想情况下，一个天线在各个方向上辐射能量，即全向天线称为各向同性天线。这只是一个假设的情况，在实践中不存在各向同性天线。

但是，如果我们考虑各向同性天线，则其功率密度在辐射球上的所有点都相同。因此，天线的平均功率随辐射功率的函数为

p_avg= p_rad/4πr²W/m²

功率密度与平均功率辐射的比率称为指令增益。

天线的方向性是最大辐射方向上辐射浓度的量度，或最大功率密度与平均功率辐射的比率。

辐射效率和功率增长

所有实用的天线都将造成欧姆损失，因为它们由有限的电导率进行导电材料组成。辐射效率是辐射功率与输入功率的比率。

η_r= p_rad/ p_在

天线的功率增益是朝向总输入功率辐射的功率之比。

输入阻抗

我们应该注意将天线的输入阻抗与输入传输线的阻抗相匹配。如果输入阻抗不匹配，则系统由于反射功率而随着时间的推移而降低。

有效长度

具有均匀分布的电流的假想线性天线的长度定义为天线的有效长度，使得两个天线在π/2平面中都具有相同的远场。

带宽

天线的带宽定义为将天线特性保持在指定值的频率范围。这是因为，在操作过程中，对天线的特性的要求可能会发生变化。

有效的光圈

通常，术语有效孔或有效面积与接收天线有关。天线的有效孔或面积是天线从电磁波中提取能量的能力的度量。

天线的有效孔径是在载荷时接收的功率与天线产生的平均功率密度之比。

天线极化

天线极化是指在给定方向上辐射的电磁波的物理方向。EM波的极化是电场矢量的时间变化方向和相对幅度。

如果未指定方向，则考虑最大增益方向的极化。

还有其他特征，例如天线温度，光束宽度，束效率等，也很关键。