天线，馈线的问题

大家好，
最近在本站学到了很多东西，但是发现所有的天线都要通过馈线与接收机或者发射机传递能量。我个人有几个观点，不知道是否正确，还请各位高手指教！
1。天线，应该有self resonant frequency，只有在这个频率下，天线的接收或者发射效率才会比较高。通常认为天线的Q值与带宽成反比，但是在论文"Impedance, bandwidth, and Q of antennas" Arthur D. Yaghjian, and Steven R. Best 中，天线的Q值定义为，
Q = stored power / loss power，
这样不是意味着，天线的电抗部分存储的能量与天线消耗的能量（包括辐射的能量和热损耗）的比值吗? 也就是说如果天线的Q值很高，岂不是发射的能量反而少了。因此相应的带宽也变得小了。
但是天线的效率又定义为，
antenna efficiency = radiated power / (radiated power+ thermal loss)
从上面这个公式来看，似乎天线的效率与天线的Q值无关。
那么，我想请问天线的Q值与天线的效率有关吗，如果Q值，那么意味着辐射的能量就会减小，就意味着天线发射功率或者接收功率比较低啊。这两个概念有什么关系吗?
2. 就是关于天线的馈线的问题。我认为馈线就是天线的一个负载（对于接收机来讲），或者是天线的一个信号源（对发射机来讲），而所谓的天线的反射参数其实就是在描述馈线的特征阻抗与天线的特征阻抗在某一个频率范围内的拼配问题。如果我说的是正确的话，那么我能不能不要馈线，直接把天线跟我的接收机或者发射机芯片连接，让我的接收机或者发射机直接进行阻抗匹配（假设接收机或者发射机可以做到和天线直接进行阻抗匹配），这样就可以去掉馈线这一部分了。而且我认为，通常所谓的窄带天线，也都是由于馈线与天线的匹配带宽很窄而造成的。就天线而言（单纯的裸天线，不包括馈线在内）应该是可以接收很大范围频率的。
不知道我上述的看法是否正确，还往高手指教。

 

是个好问题，同求解

 

那如果是超宽带天线，上面的关于天线Q的公式还成立吗?

 

我认为提高Q值主要是从降低热损耗考虑的。而你好像是抓住辐射功率不放的

 

有些问题，
1Q = stored power / loss power，公式没有错，更加本质的是q＝无功功率/有功功率，
“天线的电抗部分存储的能量与天线消耗的能量（包括辐射的能量和热损耗）”有些问题，
在有功功率中是不包括辐射的能量，只有热损耗和失配的损耗。对于滤波器、天线等等，q高是好的，表示损耗小，也就是效率高。collin和zucker的anntenna theory有很细致的分析。
2可以，问题是馈线不仅仅是导波结构，馈线还起到了调整匹配的作用，如果你的是匹配的，可以直接接上，但是从工程上，连接天线和接收机的法兰，就可以被认为是一个比较短的馈线。
天线的窄带不一定是馈线造成的。举个例子，半波天线，就是一个最基本的窄带天线，因为天线的长度和波长成正比，只有在这个波长上天线才谐振。馈线可能造成窄带。但是一个设计优良的馈线可以做到10倍频，相对带宽是160％。天线的问题一般不出在馈线上。

 

用降低热损耗来提高Q值确实不错，但是在保持热损耗电阻不变的情况下，增大辐射电阻会降低Q值。
但是在论文"Impedance, bandwidth, and Q of antennas" Arthur D. Yaghjian, and Steven R. Best 中，天线的Q值定义为，
Q = stored power / loss power，
其实我并不是抓住辐射功率不放，而是想弄清楚天线辐射效率与带宽有没有关系。
因为我提到的这篇论文，应该算是天线领域一个比较资深的人写的（我觉得可能属于计算电磁学领域的），所以才想挖掘一下这个公式的适用范围，和意义。
因为按照公式的定义，说明对于一个谐振腔，如果它能存储并保持能量，Q值应该是无穷大，这个基本理论每个人都很清楚，而且典型的例子就是理想的LC谐振腔。
这样，对于一个辐射性能比较好的天线，其Q值应该比较低，所以带宽应该比较宽才对。我就是想问一下我的这种想法是否正确，还请高人指点。
而且在不考虑馈线与天线阻抗匹配的条件下（假设天线阻抗匹配非常好，反射系数为0），当然，这里也不讨论 frequency independent antenna， 记得对于一根天线，其增益（或者也可以等效成辐射电阻）可以近似的用公式表示为
Gain = square(A) / square(lambda),
其中，A应该是天线有效感应面积，lambda是接收信号的波长（频率的倒数）。这样看来，对于一根天线，在不考虑馈线的影响下，是可以接收宽带信号的，而且其增益随着频率的升高而升高。 那么是不是对于这种天线，也可以看成是Q值比较低的天线呢?

 

多谢4楼的回复，十分感谢啊！我先把你的回复好好研究一下，谢谢！希望大家多给建议啊！

 

个人认为Q值跟辐射效率没有关系。
馈线阻抗肯定不是限制天线带宽的主要因素。不同类型的天线在分析的时候都有一个输入阻抗，这个值表征了天线激励端电压与电流的关系，是客观存在的。即便你不用馈线，这把发射机输出端得特性阻抗也做成这个值，也不会影响天线的带宽。天线的带宽是自己谐振特性的一个表现。实际上比如说同轴线，在很宽的频率范围内都可以做到接近50欧的特性阻抗，但有几种天线能做到这样的带宽呢？

 

多谢7楼的回复。
我也看到一些理论，比如说天线只有在自谐振频率才会有效辐射能量。如果天线的有效带宽是由天线的自谐振频率来决定的话，那是不是意味着: 即使没有馈线的阻抗匹配影响（假设馈线始终与天线匹配），天线的反射参数仍然会是在其自谐振频率处非常低(比如说-40dB)，在其他远离自谐振频率出非常高啊（比如说接近0dB）。那是不是说天线在自谐振频率处把能量有效的辐射出去，但是在远离自谐振频率的地方（即使阻抗是匹配的）能量会被反射回来。不好意思，可能这个地方我说得不清楚，因为我其实也比较糊涂。

因为如果天线在自谐振频率处有效辐射能量，那么在发射机传输来的信号远离自谐振频率的地方，会怎么办呢? 尤其是在阻抗匹配的情况下，发射机发送的信号频率远离天线自谐振频率，这个信号的能量如果没有因为阻抗失配而反射回发射机，也没有被天线有效的发射出去，是不是就变成了热能了?
如果问题问的比较粗浅，还望大家见谅。

 

4搂正解支持

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