搞不懂天线？看看这篇文章吧

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来源：【射频学堂】公众号

作者：RF 小木匠

大家好，这里是【射频学堂】。

我们在前面介绍了电磁波的基础知识，也单独介绍了电磁波的极化。电磁波在我们现在生活中应用极其广泛，只要是用到无线链接的，目前电磁波还是最佳的选择，常常也是唯一的选择。那么，无论是电磁波的发射，还是接收，都离不开天线。可以说天线是无线设备的眼睛，天线的性能是整个无线设备运行的关键。

如果无线电天线性能不佳，那么它将限制整个无线电通信系统或任何使用它的无线系统的性能。因此，最大化天线的性能非常重要。了解基本的无线电天线理论将有助于从任何天线系统中获得最大收益。

深入的天线理论可能会变得相当复杂，但定性和简化的理论解释有助于理解实际发生的情况、无线电天线的工作原理以及如何优化它们。这在建立无线电通信系统或链路时可能是关键。

天线的种类多种多样，应用场合也不尽相同。今天我们一起学习一下天线的基础理论。

天线是如何工作的

无线电天线的目的是以射频交流信号的形式将施加在其上的功率转换为电磁波。该电磁波能够穿过发射无线电天线和接收天线之间的空间。在接收端，电磁波从电磁波转换回可应用于无线电接收器输入的射频信号。

以这种方式，无线电天线能够向其施加功率，从该功率发射电磁波形式的信号。类似地，当电磁波入射到天线上时，它会从电磁波转换为射频信号，该信号可以传送到接收设备的输入端。

关于天线工作方式的基本理论可以用麦克斯韦方程来解释。他们详细介绍了电流或电荷沿天线移动时产生电磁波的方式。

从更定性的方法来看天线是如何工作的，可以想象一个与射频信号一致振荡的点电荷。由于电荷的振荡，所产生的电场也会发生变化，这种变化的电场会产生位移电流。反过来，由于安培定律，该电流将产生磁场。

鉴于电荷的振荡产生变化的电场，然后产生磁场，它们都一起变化。

应用法拉第定律，变化的磁场会产生电场。反过来，该电场将再次产生磁场，并重复该过程。这些电场和磁场波构成了从原始点电荷向外传播的电磁波。

原始振荡点电荷的能量被转换为电磁波的能量——换句话说，进入天线的功率被转换为电磁波的能量。还可以看出，是天线上信号的电流分量产生了辐射的电磁波。

任何无线电天线的关键方面之一是它是否会以相同的方式接收和发射。任何无源天线，即不使用诸如有源天线之类的嵌入式电子电路的天线都将以相同的方式发射和接收。

它将具有相同的增益、相同的方向图、极化、相同的阻抗以及发射和接收的其他方面。

通常使用传输信号的图像更容易可视化增益和方向图等因素，但天线在接收时也将具有相同的增益和方向图等。

有几个基本主题是所有无线电天线类型共有的，它们构成了基本天线理论的一部分。

极化： 无线电天线对极化很敏感。就像电磁波可以极化一样，天线也是如此。可以看出，一些天线的元件是垂直的，而另一些是水平的。这是为了适应垂直和水平极化的电磁波。

垂直和水平极化天线接收具有相同极化的电磁波 - 电磁屋檐的极化由包含电场的平面定义。如果波的极化未对齐，则信号电平将降低 - 交叉极化天线将不会接收到另一个发射的任何信号。因此，确保无线电通信系统中天线的极化相同是很重要的。

除了线性极化，电磁波还可以以圆形方式极化——显然有两个方向，即顺时针和逆时针。与线极化类似，圆极化天线必须具有相同的极化方向才能接收对方发射的信号。

谐振和带宽： 谐振和带宽是天线理论的关键问题。本质上，天线的带宽是天线在其规格范围内工作的频带。尽管这似乎是一个模糊的定义，但它实际上是最有用的定义，因为在不同的场景中，不同的天线通常有不同的标准。

天线性能的两个方面可能会限制带宽。一个是反射功率，另一个是增益。

由于许多天线作为谐振天线工作，它们只能在有限的频带上工作。在这些限制之外，反射功率的水平会增加，它们可能无法有效地运行。

另一个常见的限制是增益。许多天线像八木一样，通常用作电视天线。这些天线在其给定带宽内运行良好。在此之外，方向模式将会改变，并且它们不会那么有效。

天线的带宽可能很重要。对于某些应用，需要非常宽的带宽。例如，电视天线通常需要宽带宽——不仅传输占用相当宽的带宽，更重要的是不同的电视信号可以在宽频带上间隔开，并且天线需要能够接收他们。对于其他应用，例如各种无线系统，系统可以使用窄带传输在单一频率上运行，并且对于这些应用，天线带宽可能很窄。