天线的基础知识 天线基础知识的试题

随着信息技术发展，我们的生活也更智能和便捷。在平时生活中，不管是手机、平板电脑或笔记本电脑，无线路由器还是基站，天线（或多个天线）则是在信号链中起了关键作用，决定了系统的性能。那么今天我们就简单聊一下天线的一些基础知识。

（一）天线增益和方向性

天线主要用于将电能转换为电磁信号。形状、大小和连接方式都会对天线的辐射方向图造成影响。

评估天线性能的两个关键参数：方向性和增益

• 方向性是一个方向上的集中辐射的度量

• 增益表示在主波束中传输的功率

简而言之，天线将产生于电压和电流、天线馈电线的功率、能量转换为电磁辐射（EMR）-能量来自振荡电场和磁场。低频输入信号通常只会产生近场E和H场，而高频输入信号会产生近场电磁场和远场电磁波。这些电磁波或EMR形成了多种可通过各种天线形式进行建模和控制的模式。高方向性天线将辐射多个波束或波瓣，包括一个“主瓣”，多个“旁瓣”和一个“后瓣”，如图1所示。不同的天线辐射方向图也有所不同，方向性和增益越高，主瓣越大。

▲图1：不同的天线辐射方向图也有所不同，方向性和增益越高，主瓣越大。

（二）天线种类和辐射方向图

1.鞭状天线

鞭状天线是单极无线电天线中最常见的一种。这种全向天线的方向性较弱，但辐射范围广，更容易接收信号，通常用于移动无线电通信。增益通常在0到2 dBi之间。图3为四分之一波长鞭状天线（也称为单极天线）的辐射方向图。

▲鞭状天线，420 MHz~450 MHz，SMA母头连接器

2.贴片天线

贴片天线是一种流行的微带天线，也被称为平板天线。GPS贴片天线与鞭状天线相似，它们的方向性都较弱，非常适合用作接收器。这是因为GPS系统能够根据来自各个方向的各种GPS信号来计算位置。

▲圆极化贴片天线，900Mhz 8dBi

3.圆顶天线

圆顶天线的方向性也较弱，增益约为3 dBi。如图2所示，圆顶天线通常用于无源分布式天线系统（DAS）安装，在通常无信号连接的环境中用作移动信号增强器。在这些应用中，圆顶天线可以通过放大硬连线的信号来连接附近的电话和设备

▲圆顶天线，806MHz~2.5 GHz，N型母头输入

▲图2：纽约地铁DAS安装中的圆顶天线。

4.八木天线

八木天线八木天线是由一个有源振子（一般用折合振子）、一个无源反射器和若干个无源引向器平行排列而成的端射式天线。具有较强的方向性，通常可提供约11 dBi的增益。该天线的高增益和高方向性使其可用于在数据采集与监控系统（SCADA）等遥测应用中监督和控制工厂设备和机械。在该应用中，需要使集中的传输信号聚焦在目标上。

▲八木天线，880MHz~960MHz, N型连接器

5.喇叭天线

波导喇叭天线从漏斗状喇叭发射出的辐射束也具有较强的方向性。喇叭天线有多种波导尺寸，工作范围可以扩展到W波段，增益范围为10至20 dBi。喇叭天线通常用作大型卫星天线的喇叭馈电线，以提高系统性能。

▲WR-10波导透镜喇叭天线,89 GHz~99 GHz

▲图3：部分常见天线结构的垂直辐射方向图

从本质上讲，天线的方向性越强，一个方向上的波束将会加更集中，而方向性较弱的天线（例如全向天线）可以在所有方向上均匀辐射。在考虑天线的损耗时，增益参数比方向性参数更经常出现在数据表中。这是因为方向性可以通过最强发射方向上的辐射功率与天线的总辐射功率之比推算得出，而增益是最强发射方向上的辐射功率与从信号来源所接收的总功率之比。因此，增益实际上是方向性和天线的效率因子的乘积。根据应用的不同，方向性较弱的天线通常适合用作接收器，而方向性较强的天线适合用作发射器。