天線基礎(chǔ)知識(shí)天線工作原理
天線基礎(chǔ)知識(shí)天線工作原理
天線是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波，變換成在無(wú)界媒介中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換。以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于天線知識(shí)的內(nèi)容，希望大家喜歡!
天線的定義
我們知道，通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、廣播、電視等無(wú)線電設(shè)備，都是通過(guò)無(wú)線電波來(lái)傳遞信息的，都需要有無(wú)線電波的輻射和接收。在無(wú)線電設(shè)備中，用來(lái)輻射和接收無(wú)線電波的裝置稱為天線。天線為發(fā)射機(jī)或接收機(jī)與傳播無(wú)線電波的媒質(zhì)之間提供所需要的耦合。天線和發(fā)射機(jī)、接收機(jī)一樣，也是無(wú)線電設(shè)備的一個(gè)重要組成部分。
天線的功用
天線輻射的是無(wú)線電波，接收的也是無(wú)線電波，然而發(fā)射機(jī)通過(guò)饋線送入天線的并不是無(wú)線電波，接收天線也不能把無(wú)線電波直接經(jīng)饋線送入接收機(jī)，其中必須經(jīng)過(guò)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。下面我們以無(wú)線電通信設(shè)備為例分析一下信號(hào)的傳輸過(guò)程，進(jìn)而說(shuō)明天線的能量轉(zhuǎn)換作用。
天線能量轉(zhuǎn)換原理示意圖
在發(fā)射端，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的已調(diào)制的高頻振蕩電流(能量)經(jīng)饋電設(shè)備輸入發(fā)射天線(饋電設(shè)備可隨頻率和形式不同，直接傳輸電流波或電磁波)，發(fā)射天線將高頻電流或?qū)Р?能量)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)線電波—自由電磁波(能量)向周圍空間輻射(見圖1);在接收端，無(wú)線電波(能量)通過(guò)接收天線轉(zhuǎn)變成高頻電流或?qū)Р?能量)經(jīng)饋電設(shè)備傳送到接收機(jī)。從上述過(guò)程可以看出，天線不但是輻射和接收無(wú)線電波的裝置，同時(shí)也是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，是電路與空間的界面器件。
天線的工作原理
當(dāng)導(dǎo)體上通以高頻電流時(shí)，在其周圍空間會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng) 與磁場(chǎng)。按 電磁場(chǎng)在空間的分布特性，可分為近區(qū)，中間區(qū)， 遠(yuǎn)區(qū)。設(shè)R為空間一點(diǎn)距導(dǎo)體的距離，在 時(shí)的區(qū)域稱近區(qū)，在該區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)與導(dǎo)體中電流,電壓有緊密的聯(lián)系。
在 的區(qū)域稱為遠(yuǎn)區(qū)，在該區(qū)域內(nèi) 電磁場(chǎng)能離開導(dǎo)體向空間傳播，它的變化相對(duì)于導(dǎo)體上的電流電壓就要滯后一段時(shí)間，此時(shí)傳播出去的電磁波已不與導(dǎo)線上的電流、電壓有直接的聯(lián)系了，這區(qū)域的電磁場(chǎng)稱為 輻射場(chǎng)。
必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度 L 遠(yuǎn)小于波長(zhǎng) λ 時(shí)，輻射很微弱;導(dǎo)線的長(zhǎng)度 L 增大到可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。
發(fā)射天線正是利用輻射場(chǎng)的這種性質(zhì)，使傳送的信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射天線后能夠充分地向空間輻射。如何使導(dǎo)體成為一個(gè)有效輻射體導(dǎo)系統(tǒng)呢?這里我們先分析一下傳輸線上的情況，在平行雙線的傳輸線上為了使只有能量的傳輸而沒(méi)有輻射，必須保證兩線結(jié)構(gòu)對(duì)稱，線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)電流大小和方向相反，且兩線間的距離《π。要使電磁場(chǎng)能有效地輻射出去，就必須破壞傳輸線的這種對(duì)稱性，如采用把二導(dǎo)體成一定的角度分開，或是將其中一邊去掉等方法，都能使導(dǎo)體對(duì)稱性破壞而產(chǎn)生輻射。
圖中將開路傳輸或距離終端π/4處的導(dǎo)體成直狀分開，此時(shí)終端導(dǎo)體上的電流已不是反相而是同相了，從而使該段導(dǎo)體在空間點(diǎn)的輻射場(chǎng)同相迭加，構(gòu)成一個(gè)有效的輻射系統(tǒng)。這就是最簡(jiǎn)單，最基本的單元天線，稱為半波對(duì)稱振子天線，其特性阻抗為75Ω。電磁波從發(fā)射天線輻射出來(lái)以后，向四面?zhèn)鞑コ鋈?，若電磁波傳播的方向上放一?duì)稱振子，則在電磁波的作用下，天線振子上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如此時(shí)天線與接收設(shè)備相連，則在接收設(shè)備輸入端就會(huì)產(chǎn)生高頻電流。這樣天線就起著接收作用并將電磁波轉(zhuǎn)化為高頻電流，也就是說(shuō)此時(shí)天線起著接收天線的作用，接收效果的好壞除了電波的強(qiáng)弱外還取決于天線的方向性和半邊對(duì)稱振子與接收設(shè)備的匹配。
天線測(cè)量中的互易性
天線測(cè)量中被測(cè)天線的工作狀態(tài)可以是發(fā)射狀態(tài)，也可以是接收狀態(tài)。這可根據(jù)測(cè)量的內(nèi)容，測(cè)量的設(shè)備、場(chǎng)地條件等因素靈活選擇。由天線互易原理得知，兩種工作狀態(tài)測(cè)量該天線參數(shù)的結(jié)果應(yīng)該是一致的。
然而在實(shí)際測(cè)量中，互易原理必須在一定條件下才能應(yīng)用。
(1)天線必須是線性的、無(wú)源的，如衛(wèi)星電視接收天線，其饋源與高頻頭(LNB)為一體化的，不能用作發(fā)射。
(2)收發(fā)系統(tǒng)阻抗匹配要良好。雖然待測(cè)天線和源天線之間存在多次反射，但由于自由空間傳播的衰減，這種影響并不嚴(yán)重。源天線、饋線、信號(hào)源以及待測(cè)天線、饋線及接收機(jī)，它們相互間的阻抗匹配是滿足互易原理的重要條件。
(3)調(diào)換天線時(shí)，收發(fā)支路無(wú)有源器件，如功率放大器、低噪聲放大器、混頻器等。
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