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天线设计工程师入门之：什么是天线
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一、无线电波
小于3THz的电磁波称为无线电波（高于3THz的为光波）。
因为无线电通信系统使用的频率范围从几十KHz到几十GHz的高频信号，在信号的产生、放大、发送和接收方法等方面会大不一样，特别是不同频率的无线电波的传播特点更不相同。为了便于分析和应用，习惯上将无线电的频率划分为若干个区域，我们称为频段，也称波段。
【小课堂：无线通信中经常会提到一个名词：射频微波 其实这是两个概念：
射频（radio frequency ）：简称RF，频率范围在300K~300G的电磁波。
其实从上面的英文直译射频就是无线电频率射频，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。高频(大于10K)；射频（300K-300G）是高频的较高频段；微波频段（300M-300G）又是射频的较高频段。
微波：频率范围在300MHz～300GHz，它是射频的较高频段，因为它的波长与长波、中波与短波相比来说，要“微小”得多，所以它也就得名为“微波”了。
微波是天线使用的主要频段。电磁波大家族中最小的成员，有着自己独特的传播方式。不同于短波和长波，它是直线传播，所以又称直射波。（短波，又称天波,它利用电离层的反射来传播；长波，又称地波,它沿地球表面传播）】
二、什么是天线？
天线其实就是将高频电流转化为自由空间的电磁波，或是将自由空间的电磁波转化为高频电流的一个转换器件。
无线电传输的过程：
发射端：把要传输的低频信号转化到一个较高的频段，然后通过天线发射，以无线电波的形式发送到空间。
接收端：如果接收机正好“调谐”到发射的频率上，那么发射出来的电波就会被该接收机接收，通过“检波”，“检”出低频信号，再经过放大等处理，传到我们的耳朵和眼睛。
凡是利用电磁波来传递信息的，都得依靠天线来进行工作。
天线的增益、方向图、极化、驱动天线的功率，配置、安装环境等参数都会影响整个系统的性能。
三、为什么要用天线传输信息？
天线系统极大的路径损耗让我们认为用电缆会更好些，那么直接铺设电缆通信就好，为什么还要用天线呢？
首先是价格。我们都知道好的线缆，传输损耗要小，越好的线缆价格当然也就越贵，如果只是短距离的传输，价格还是能够承受，但是当要长距离传输时，价格问题就会成一个大问题。其次是线缆的安装时间长，线缆的安装过程相对复杂（大家可以参照自己家装时候的水电工程），如果遇到高山、河流的什么的，安装更麻烦时间也会更越长，还有后期的各种维护工程。再次是经过实验验证，在长距离传输时，天线的路径损耗与好的线缆损耗相差不大，甚至还会小一些。（即使距离较短时，两天线间的传输信号有时比线缆好）
四、天线的工作原理
电压差—>电场—>磁场—>束缚在传输线之间—>辐射出能量
两根距离很近的导线，因产生的感应电动势几乎可以抵消，所以辐射很微弱。当将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而产生辐射。如果导线的长度远小于波长时，导线的电流很小，辐射会很微弱，但当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。
【辐射与天线的关系：趋肤效应
只有在静态情况下，电流密度才是均匀分布于导体截面的，即对于工作于低频的细导线，我们认为它是可以用“路”来分析整改电路；但如果随着频率增加，工作在高频的导线中产生的磁场在导线的中心区域感应出最大的电动势，由于感应的电动势在闭合电路中产生感应电流，在导线中心的感应电流最大。因为感应电流总是在减小原来电流的方向，它迫使电流只限于靠近导线外表面处。】
五、天线分类
天线的形式很多。为了便于讨论，可根据不同情况分类。
1. 按工作性质分类
可分为发射天线、接收天线和收发共用天线。
2. 按用途分类
有通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线、导航天线、测向天线等。
3. 按天线特性分类
■ 从方向性分：有强方向性天线、弱方向性天线、定向天线、全向天线、针状波束天线、扇形波束天线等。
■ 从极化特性分：有线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。线极化天线又分为垂直极化和水平极化天线。
■ 从频带特性分：有窄频带天线、宽频带天线和超宽频带天线。
4. 按天线上电流分布分类
有行波天线、驻波天线。
5. 按使用波段分类
有长波、超长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线。
6. 按载体分类
有车载天线、机载天线、星载天线，弹载天线等。
7.按天线外形分类
有鞭状天线、T形天线、Γ形天线、V形天线、菱形天线、环天线、螺旋天线、波导口天线、波导缝隙天线、喇叭天线、反射面天线等。
另外，还有八木天线，对数周期天线、阵列天线。阵列天线又有直线阵天线、平面阵天线、附在某些载体表面的共形阵列天线等。
从便于分析和研究天线的性能出发，可以将大部分天线按其结构形式分为两大类：一类是由金属导线构成的线天线，一类是由尺寸远大于波长的金属面或口径面构成的面状天线，简称口面天线。
小于3THz的电磁波称为无线电波（高于3THz的为光波）。
因为无线电通信系统使用的频率范围从几十KHz到几十GHz的高频信号，在信号的产生、放大、发送和接收方法等方面会大不一样，特别是不同频率的无线电波的传播特点更不相同。为了便于分析和应用，习惯上将无线电的频率划分为若干个区域，我们称为频段，也称波段。
【小课堂：无线通信中经常会提到一个名词：射频微波 其实这是两个概念：
射频（radio frequency ）：简称RF，频率范围在300K~300G的电磁波。
其实从上面的英文直译射频就是无线电频率射频，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。高频(大于10K)；射频（300K-300G）是高频的较高频段；微波频段（300M-300G）又是射频的较高频段。
微波：频率范围在300MHz～300GHz，它是射频的较高频段，因为它的波长与长波、中波与短波相比来说，要“微小”得多，所以它也就得名为“微波”了。
微波是天线使用的主要频段。电磁波大家族中最小的成员，有着自己独特的传播方式。不同于短波和长波，它是直线传播，所以又称直射波。（短波，又称天波,它利用电离层的反射来传播；长波，又称地波,它沿地球表面传播）】
二、什么是天线？
天线其实就是将高频电流转化为自由空间的电磁波，或是将自由空间的电磁波转化为高频电流的一个转换器件。
无线电传输的过程：
发射端：把要传输的低频信号转化到一个较高的频段，然后通过天线发射，以无线电波的形式发送到空间。
接收端：如果接收机正好“调谐”到发射的频率上，那么发射出来的电波就会被该接收机接收，通过“检波”，“检”出低频信号，再经过放大等处理，传到我们的耳朵和眼睛。
凡是利用电磁波来传递信息的，都得依靠天线来进行工作。
天线的增益、方向图、极化、驱动天线的功率，配置、安装环境等参数都会影响整个系统的性能。
三、为什么要用天线传输信息？
天线系统极大的路径损耗让我们认为用电缆会更好些，那么直接铺设电缆通信就好，为什么还要用天线呢？
首先是价格。我们都知道好的线缆，传输损耗要小，越好的线缆价格当然也就越贵，如果只是短距离的传输，价格还是能够承受，但是当要长距离传输时，价格问题就会成一个大问题。其次是线缆的安装时间长，线缆的安装过程相对复杂（大家可以参照自己家装时候的水电工程），如果遇到高山、河流的什么的，安装更麻烦时间也会更越长，还有后期的各种维护工程。再次是经过实验验证，在长距离传输时，天线的路径损耗与好的线缆损耗相差不大，甚至还会小一些。（即使距离较短时，两天线间的传输信号有时比线缆好）
四、天线的工作原理
电压差—>电场—>磁场—>束缚在传输线之间—>辐射出能量
两根距离很近的导线，因产生的感应电动势几乎可以抵消，所以辐射很微弱。当将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而产生辐射。如果导线的长度远小于波长时，导线的电流很小，辐射会很微弱，但当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。
【辐射与天线的关系：趋肤效应
只有在静态情况下，电流密度才是均匀分布于导体截面的，即对于工作于低频的细导线，我们认为它是可以用“路”来分析整改电路；但如果随着频率增加，工作在高频的导线中产生的磁场在导线的中心区域感应出最大的电动势，由于感应的电动势在闭合电路中产生感应电流，在导线中心的感应电流最大。因为感应电流总是在减小原来电流的方向，它迫使电流只限于靠近导线外表面处。】
五、天线分类
天线的形式很多。为了便于讨论，可根据不同情况分类。
1. 按工作性质分类
可分为发射天线、接收天线和收发共用天线。
2. 按用途分类
有通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线、导航天线、测向天线等。
3. 按天线特性分类
■ 从方向性分：有强方向性天线、弱方向性天线、定向天线、全向天线、针状波束天线、扇形波束天线等。
■ 从极化特性分：有线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。线极化天线又分为垂直极化和水平极化天线。
■ 从频带特性分：有窄频带天线、宽频带天线和超宽频带天线。
4. 按天线上电流分布分类
有行波天线、驻波天线。
5. 按使用波段分类
有长波、超长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线。
6. 按载体分类
有车载天线、机载天线、星载天线，弹载天线等。
7.按天线外形分类
有鞭状天线、T形天线、Γ形天线、V形天线、菱形天线、环天线、螺旋天线、波导口天线、波导缝隙天线、喇叭天线、反射面天线等。
另外，还有八木天线，对数周期天线、阵列天线。阵列天线又有直线阵天线、平面阵天线、附在某些载体表面的共形阵列天线等。
从便于分析和研究天线的性能出发，可以将大部分天线按其结构形式分为两大类：一类是由金属导线构成的线天线，一类是由尺寸远大于波长的金属面或口径面构成的面状天线，简称口面天线。
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