天线基本知识

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1、HRH北京华荣汇资讯有限公司工程部文档HRH2010-5-27北京华荣汇资讯有限公司天线基本知识编号HRH/执行日期2010-5-26修改次数发布研发部审核批准发放页数1参考：TI的《AN003-SRDantennas》天线增益：天线增益反映了天线对于信源提供的功率在某个特定方向上的辐射能力。我们通常按照天线的最大辐射方向计算天线增益。这里D是方向，u是效率，m是失配损耗。天线增益的单位通常是dBi或dBd。这里dBi是指被测量的方向与全向天线（各个方向辐射相同的天线）的比。而dBd是使用偶极子天线作参考。

2、偶极子天线自身的增益大于全向天线，有换算关系1dBd=2.15dBi。方向性：天线的方向性描绘出天线辐射的图案。天线的接收和辐射能力在某个方向会比其它方向好。在固定的点对点无线链路中，我们可以把天线辐射波束最集中的方向放在想要的方向上，以获得最佳的通讯效果。但是对于发射器和接收器没有固定位置的系统，全向天线是最理想的。EIRP:等效全向辐射功率(EIRP)是指将天线增益计算在内的天线等效辐射功率。管理规范中经常以EIRP作为最大输出功率的测量结果。这里G是天线增益，P是发射机的输出功率。效率：效率是讨论电小

3、天线时最重要的一个术语。效率表示天线辐射出的功率和天线结构本身消耗功率（转化为热能）的比。效率的计算公式是其中Rr是辐射电阻（想要的），Rd是耗散电阻（不想要的）。电小天线的辐射电阻小，因此任何电路的损耗将带来效率的明显下降。这在小磁环天线中尤其明显。Q值Q值又叫品质因数，用来描述天线的谐振特性。高Q值意味着谐振强烈和带宽窄。Q值得表达式是：Q=天线的电抗/天线的电阻。通常我们设计电路希望使用高Q值的元件以减少电路的损耗，但是对于天线来说我们希望天第1页共9页HRH北京华荣汇资讯有限公司工程部文档HRH20

4、10-5-27线的Q值低，因为天线的损耗中包括了我们真正想要的辐射损耗。一个低Q值的天线容易匹配，容易调谐，而且带宽宽。McLean描述了电小天线最小Q值极限的基本理论。如果天线被放置在一个半径为a的球体内，天线的最小Q值是这里这个公式表示了天线可以获得的最小Q值，遗憾的是这个理论并不能告诉我们如何获得最小Q值的天线。天线的Q值可以通过加入额外的电阻来减小，但是这将降低天线的效率。Q值这个概念在考虑电小天线时非常有用。因为电小天线辐射电阻小，并且电抗高，所以天线的Q值就高。天线尺寸越小，其Q值越高，带宽越窄

5、，并且更加难匹配，更加容易受到周围物体的影响。带宽：天线带宽和天线的Q值与天线效率的关系很接近，天线最大带宽可以表示为：这里r是球型空间的半径，λ是波长，η是辐射效率。这里我们看到带宽和效率成反比。在同样的天线尺寸下，天线的带宽越大，则它的效率越低。互易性：天线作为发射和作为接收它的性能是相同的，这就是天线的互易性。极化：一个电场天线（辐射和接收电场的天线类型，常见的单鞭天线和偶极子天线都是这种类型的天线）垂直放置，我们说它是垂直极化的，因为天线辐射出的电场成分是垂直分布的。接收天线也要有和发射天线同样的极

6、化方向，以获得最强的接收效果。否则，就会有极化损耗。谐振天线和小型非谐振天线电场天线和磁场天线：我们通常把天线分为电场天线和磁场天线。他们的区别是靠近天线建立的初始场（天线近场，距离天线一个波长之内）不同。电场天线建立的主要是电场，电场成分比磁场成分强很多。类似的磁场天线的近场区域磁场占主要成分。远场，即从辐射天线远离后的电磁场，无论是电场天线还是磁场天线都是相同的。在远场，电场成分和磁场成分的关系被给出，即自由空间的辐射阻抗120πΩ（377Ω）远场近似从一个波长向外延伸。偶极子、单端和短截线天线一般是电

7、场天线，环形天线时磁场天线，螺旋天线通常是两者结合。谐振天线：天线通常都是谐振结构，谐振在工作频率上，因此物理尺寸（长度或周长）是波长的整数倍。第2页共9页HRH北京华荣汇资讯有限公司工程部文档HRH2010-5-27天线的阻抗在谐振是使纯阻（没有电抗成分）。偶极子天线是谐振天线的典型例子，每个腿都是1/4波长。1/4波长的振子放置在地平面上的单端天线也是谐振天线。正常模式的螺旋天线（NMHA）展现出一种自谐振特性，在轴向上的长度比谐振单端天线短很多，这种天线可以看成是1/4波长单端天线卷成线圈。电小天线：

8、很多短距离设备的物理尺寸有严格限制。对于严格限制物理尺寸的天线的实施有一些重要问题需要考虑。电小天线是指那些最大物理尺寸是分数波长（通常<1/10波长）的天线。当然，这些天线不会自谐振，但是可以通过某种加载来实现谐振，常用的方法是使用集总元件。电小天线具有低辐射电阻和大电抗。通常用匹配网络消除电抗，并用变压器网络提高阻抗。天线的电抗也可以是变压器网络的一部分。因为辐射电阻低，任何天线结构或匹配网络的损耗都将降低天