在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电
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天线
天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。
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概述
分类
辐射
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概述
无线电设备中辐射或接收无线电波的装置。它是无线电通信装备、雷达、电子对抗设备和无线电导航设备的重要组成部分。天线通常由金属导线（杆）或金属面制成，前者称为线天线，后者称为面天线。用于辐射无线电波的天线称发射天线，它把发信机送来的交变电流能量转换为空间电磁波能量。用于接收无线电波的天线称接收天线，它把从空间获取的电磁波能量转换为交变电流能量送给收信机。通常一副天线既可作为发射天线，也可作为接收天线，配有双工器的天线可以收发同时共用。但有些天线只适宜作接收天线使用。
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天线
描述天线电性能的主要电参数有：方向图、增益系数、输入阻抗、效率和频带宽度等。天线方向图是表示以天线为球心的任一球面（半径远大于波长）上电场强度空间分布的立体图形。通常用包含有最大辐射方向的两个相互垂直的平面方向图来表示。在某些特定方向能集中地辐射或接收电磁波的天线称定向天线，其方向图如图1所示,它能增加设备的作用距离，提高抗干扰能力。利用天线方向图某些特征可以完成诸如测向、导航和定向通信等任务。有时为了进一步提高天线的方向性，可以把若干个同一类型天线按一定规律排列起来构成天线阵。天线的增益系数是：若将该天线换成理想的无方向性天线时，在原天线的最大场强方向上，相同距离仍产生相同场强的条件下，输入到无方向性天线的功率与输入到实际天线的功率之比。目前大型微波面天线的增益系数可达106左右。天线的几何尺寸与工作波长之比愈大，方向性愈强，增益系数也就愈高。输入阻抗是指天线输入端所呈现的阻抗，一般包含有电阻和电抗两部分。其值影响着收、发信机与馈线匹配的情况。效率是：天线辐射功率与其输入功率之比。它表示天线完成能量转换作用的有效程度。频带宽度是指天线主要性能指标满足规定要求时的工作频率范围。一副无源天线用于发射或接收时上述电参数均相同，这是天线的互易性。军用天线还要有轻便灵活、便于架设撤收、隐蔽性好、抗毁能力强等特殊要求。
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天线的形状很多，可按用途、频率、结构形式分类。长、中波段常使用T形、倒L形、伞形天线等；短波段常用的有双极、笼形、菱形、对数周期、鱼骨形天线等；超短波段常用的有引向天线(八木天线)、螺旋天线、角形反射器天线等；微波天线常使用面天线，如喇叭天线、抛物反射面天线等；移动电台常使用水平平面为无方向性的天线，如鞭形天线等。上述天线的形状,如图2所示。结合有源器件的天线称为有源天线，它可提高增益和实现小型化，现仅限于作接收天线。自适应天线是由天线阵和自适应处理器组成的系统，它按自适应方式处理各阵单元的输出,使干扰信号输出最小,有用信号输出最大，以提高通信、雷达等设备的抗干扰能力。还有微带天线，是由贴在介质基片一面上的金属辐射元及另一面上的金属接地板构成的，可与飞行器表面同形，具有体积小、重量轻的特点，适用于快速飞行器上。
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分类
①按工作性质可分为发射天线和接收天线。
②按用途可分为通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线等。
③按工作波长可分为超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等。
④按结构形式和工作原理可分为线天线和面天线等。描述天线的特性参量有方向图、方向性系数、增益、输入阻抗、辐射效率、极化和频
天线按维数来分可以分成两种类型：
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天线
一维天线和二维天线
一维天线由许多电线组成，这些电线或者像手机上用到的直线，或者是一些灵巧的形状，就像出现电缆之前在电视机上使用的老兔子耳朵。单极和双级天线是两种最基本的一维天线。
二维天线变化多样，有片状（一块正方形金属）、阵列状（组织好的二维模式的一束片），还有喇叭状，碟状。
天线根据使用场合的不同可以分为：
手持台天线、车载天线、基地天线三大类。
手持台天线就是个人使用手持对讲机的天线，常见的有橡胶天线和拉杆天线两大类。
车载天线是指原设计安装在车辆上通讯天线，最常见应用最普遍的是吸盘天线。车载天线结构上也有缩短型、四分之一波长、中部加感型、八分之五波长、双二分之一波长等形式的天线。
基地台天线在整个通讯系统中具有非常关键的作用，尤其是作为通讯枢纽的通信台站。常用的基地台天线有玻璃钢高增益天线、四环阵天线（八环阵天线）、定向天线。
辐射
导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。如图1.1a所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如图1.1b所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。必须指出，当导线的长度L远小于波长λ时，辐射很微弱；导线的长度L增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。
1.2对称振子
对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子,见图1.2a。另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子,见图1.2b。
1.3天线方向性的讨论
1.3.1天线方向性
发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图（图1.3.1a）。立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，图1.3.1b与图1.3.1c给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图1.3.1b可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图1.3.1c可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。
1.3.2天线方向性增强
若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生“扁平的面包圈”，把信号进一步集中到在水平面方向上。
下图是4个半波振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面方向图。
也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向，平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的水平面方向图说明了反射面的作用------反射面把功率反射到单侧方向，提高了增益。
抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：抛物反射面和放置在抛物面焦点上的辐射源。
1.3.3增益
增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。可以这样来理解增益的物理含义------为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为G=13dB=20的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需100/20=5W。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。
半波对称振子的增益为G=2.15dBi。
4个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G=8.15dBi(dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。
如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是dBd。
半波对称振子的增益为G=0dBd（因为是自己跟自己比，比值为1，取对数得零值。）垂直四元阵，其增益约为G=8.15–2.15=6dBd。
1.3.4波瓣宽度
方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。参见图1.3.4a,在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。
还有一种波瓣宽度，即10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低10dB（功率密度降至十分之一）的两个点间的夹角。
1.3.5前后比
方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为F/B。前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小。前后比F/B的计算十分简单------
F/B=10Lg{（前向功率密度）/（后向功率密度）}
对天线的前后比F/B有要求时，其典型值为（18~30）dB，特殊情况下则要求达（35~40）dB。
1.3.6天线增益的若干近似计算式
1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益：
G（dBi）=10Lg{32000/（2θ3dB,E×2θ3dB,H）}
式中，2θ3dB,E与2θ3dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度；
32000是统计出来的经验数据。
2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：
G（dBi）=10Lg{4.5×（D/λ0）2}
式中，D为抛物面直径；
λ0为中心工作波长；
4.5是统计出来的经验数据。
3）对于直立全向天线，有近似计算式
G（dBi）=10Lg{2L/λ0}
式中，L为天线长度；
λ0为中心工作波长；
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天线
1.3.7上旁瓣抑制
对于基站天线，人们常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向图中，主瓣上方第一旁瓣尽可能弱一些。这就是所谓的上旁瓣抑制。基站的服务对象是地面上的移动电话用户，指向天空的辐射是毫无意义的。
1.3.8天线的下倾
为使主波瓣指向地面，安置时需要将天线适度下倾。
1.4.1双极化天线
下图示出了另两种单极化的情况：+45°极化与-45°极化，它们仅仅在特殊场合下使用。这样，共有四种单极化了，见下图。把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起，或者，把+45°极化和-45°极化两种极化的天线组合在一起，就构成了一种新的天线---双极化天线。
下图示出了两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线，注意，双极化天线有两个接头。
双极化天线辐射（或接收）两个极化在空间相互正交（垂直）的波。
1.4.2极化损失
垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收，而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。
当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都会变小，也就是说，发生极化损失。例如：当用+45°极化天线接收垂直极化或水平极化波时，或者，当用垂直极化天线接收+45°极化或-45°极化波时，等等情况下，都要产生极化损失。用圆极化天线接收任一线极化波，或者，用线极化天线接收任一圆极化波，等等情况下，也必然发生极化损失------只能接收到来波的一半能量。
当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。
1.4.3极化隔离
理想的极化完全隔离是没有的。馈送到一种极化的天线中去的信号多少总会有那么一点点在另外一种极化的天线中出现。例如下图所示的双极化天线中，设输入垂直极化天线的功率为10W，结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为10mW。
1.5天线的输入阻抗Zin
定义：天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗具有电阻分量Rin和电抗分量Xin，即Zin=Rin+jXin。电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取，因此，必须使电抗分量尽可能为零，也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。事实上，即使是设计、调试得很好的天线，其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值。
输入阻抗与天线的结构、尺寸以及工作波长有关，半波对称振子是最重要的基本天线，其输入阻抗为Zin=73.1＋ｊ42.5(欧)。当把其长度缩短（３～５）％时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻，此时的输入阻抗为Zin=73.1(欧),（标称75欧）。注意，严格的说，纯电阻性的天线输入阻抗只是对点频而言的。
顺便指出，半波折合振子的输入阻抗为半波对称振子的四倍，即Zin=280(欧),（标称300欧）。
有趣的是，对于任一天线，人们总可通过天线阻抗调试，在要求的工作频率范围内，使输入阻抗的虚部很小且实部相当接近50欧，从而使得天线的输入阻抗为Zin=Rin=50欧------这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。
1.6天线的工作频率范围（频带宽度）
无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围（频带宽度）内工作的，天线的频带宽度有两种不同的定义------
一种是指：在驻波比SWR≤1.5条件下，天线的工作频带宽度；
一种是指：天线增益下降3分贝范围内的频带宽度。
在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的频带宽度就是天线的驻波比SWR不超过1.5时，天线的工作频率范围。
一般说来，在工作频带宽度内的各个频率点上,天线性能是有差异的，但这种差异造成的性能下降是可以接受的。
1.7移动通信常用的基站天线、直放站天线与室内天线
1.7.1板状天线
无论是GSM还是CDMA，板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能可靠以及使用寿命长。
板状天线也常常被用作为直放站的用户天线，根据作用扇形区的范围大小，应选择相应的天线型号。
1.7.1a基站板状天线基本技术指标示例
频率范围824-960MHz
频带宽度70MHz
增益14~17dBi
极化垂直
标称阻抗50Ohm
电压驻波比≤1.4
前后比>25dB
下倾角（可调）3~8°
半功率波束宽度水平面60°~120°垂直面16°~8°
垂直面上旁瓣抑制