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江蘇邱成機(jī)電有限公司
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江蘇邱成機(jī)電有限公司

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當(dāng)導(dǎo)體上通以高頻電流時(shí)，在其周?chē)臻g會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng) 與磁場(chǎng)。按電磁場(chǎng)在空間的分布特性，可分為近區(qū)，中間區(qū)， 遠(yuǎn)區(qū)。設(shè)R為空間一點(diǎn)距導(dǎo)體的距離，在 R ﹤﹤ λ/2π 時(shí)的區(qū)域稱(chēng)近區(qū)，在該區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)與導(dǎo)體中電流,電壓有緊密的聯(lián)系。在R﹥﹥λ/2π的區(qū)域稱(chēng)為遠(yuǎn)區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)電磁場(chǎng)能離開(kāi)導(dǎo)體向空間傳播，它的變化相對(duì)于導(dǎo)體上的電流電壓就要滯后一段時(shí)間，此時(shí)傳播出去的電磁波已不與導(dǎo)線上的電流、電壓有直接的聯(lián)系了，這區(qū)域的電磁場(chǎng)稱(chēng)為輻射場(chǎng)。
必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度 L 遠(yuǎn)小于波長(zhǎng) λ 時(shí)，輻射很微弱；導(dǎo)線的長(zhǎng)度 L增大到可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。
天線
天線
圖2 天線
發(fā)射天線正是利用輻射場(chǎng)的這種性質(zhì)，使傳送的信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射天線后能夠充分地向空間輻射。如何使導(dǎo)體成為一個(gè)有效輻射體導(dǎo)系統(tǒng)呢？這里我們先分析一下傳輸線上的情況，在平行雙線的傳輸線上為了使只有能量的傳輸而沒(méi)有輻射，必須保證兩線結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)電流大小和方向相反，且兩線間的距離<π。要使電磁場(chǎng)能有效地輻射出去，就必須破壞傳輸線的這種對(duì)稱(chēng)性，如采用把二導(dǎo)體成一定的角度分開(kāi)，或是將其中一邊去掉等方法，都能使導(dǎo)體對(duì)稱(chēng)性破壞而產(chǎn)生輻射。
如圖TX，圖中將開(kāi)路傳輸或距離終端π/4處的導(dǎo)體成直

狀分開(kāi)，此時(shí)終端導(dǎo)體上的電流已不是反相而是同相了，從而使該段導(dǎo)體在空間點(diǎn)的輻射場(chǎng)同相迭加，構(gòu)成一個(gè)有效的輻射系統(tǒng)。這就是簡(jiǎn)單，基本的單元天線，稱(chēng)為半波對(duì)稱(chēng)振子天線，其特性阻抗為75Ω。電磁波從發(fā)射天線輻射出來(lái)以后，向四面?zhèn)鞑コ鋈?，若電磁波傳播的方向上放一?duì)稱(chēng)振子，則在電磁波的作用下，天線振子上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如此時(shí)天線與接收設(shè)備相連，則在接收設(shè)備輸入端就會(huì)產(chǎn)生高頻電流。這樣天線就起著接收作用并將電磁波轉(zhuǎn)化為高頻電流，也就是說(shuō)此時(shí)天線起著接收天線的作用，接收效果的好壞除了電波的強(qiáng)弱外還取決于天線的方向性和半邊對(duì)稱(chēng)振子與接收設(shè)備的匹配。 [1] 
分類(lèi) 語(yǔ)音
1、按工作性質(zhì)可分為發(fā)射天線和接收天線。
2、按用途可分為通信天線、廣播天線、電視天線、雷達(dá)天線等。
3、按方向性可分為全向天線和定向天線等。
4、按工作波長(zhǎng)可分為超長(zhǎng)波天線、長(zhǎng)波天線、中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線等。
微波天線
微波天線
圖3 微波天線
5、按結(jié)構(gòu)形式和工作原理可分為線天線和面天線等。描述天線的特性參量有方向圖、方向性系數(shù)、增益、輸入阻抗、輻射效率、極化和頻寬。
6、按維數(shù)來(lái)分可以分成兩種類(lèi)型：一維天線和二維天線
一維天線：由許多電線組成，這些電線或者像手機(jī)上用到的直線，或者是一些靈巧的形狀，就像出現(xiàn)電纜之前在電視機(jī)上使用的老兔子耳朵。單極和雙極天線是兩種基本的一維天線。
二維天線：變化多樣，有片狀（一塊正方形金屬）、陣列狀（組織好的二維模式的一束片）、喇叭狀、碟狀。

7、天線根據(jù)使用場(chǎng)合的不同可以分為：手持臺(tái)天線、車(chē)載天線、基地天線三大類(lèi)。
手持臺(tái)天線：就是個(gè)人使用手持對(duì)講機(jī)的天線，常見(jiàn)的有橡膠天線和拉桿天線兩大類(lèi)。
外觀圖片
外觀圖片(20張)
車(chē)載天線：是指原設(shè)計(jì)安裝在車(chē)輛上通訊天線，常見(jiàn)應(yīng)用的是吸盤(pán)天線。車(chē)載天線結(jié)構(gòu)上也有縮短型、四分之一波長(zhǎng)、中部加感型、八分之五波長(zhǎng)、雙二分之一波長(zhǎng)等形式的天線。
基地臺(tái)天線：在整個(gè)通訊系統(tǒng)中具有非常關(guān)鍵的作用，尤其是作為通訊樞紐的通信臺(tái)站。常用的基地臺(tái)天線有玻璃鋼高增益天線、四環(huán)陣天線（八環(huán)陣天線）、定向天線。
天線測(cè)量的典型配置 語(yǔ)音
大多數(shù)普通天線的測(cè)量是測(cè)定其遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射特性，如方向圖（幅度、相位、極化）、旁瓣電平、增益、頻帶寬度等。本節(jié)將定義這些測(cè)量的基本概念。
圖4為測(cè)量輻射特性的典型配置。基本步驟是將一副發(fā)射或接收的源天線放在相對(duì)于待測(cè)天線（AUT）的遠(yuǎn)場(chǎng)位置上，待測(cè)天線架設(shè)在可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)待測(cè)天線，借以采集大量方向圖取樣值，實(shí)現(xiàn)天線輻射特性的測(cè)量。由于天線是電磁開(kāi)放系統(tǒng)，測(cè)試環(huán)境對(duì)測(cè)量結(jié)果將產(chǎn)生影響，因此必須合理選擇測(cè)試場(chǎng)地，盡量實(shí)現(xiàn)無(wú)反射的環(huán)境，如建造微波暗室等。

圖4測(cè)量天線輻射特性的典型配置
天線測(cè)量中的互易性 語(yǔ)音
天線測(cè)量中被測(cè)天線的工作狀態(tài)可以是發(fā)射狀態(tài)，也可以是接收狀態(tài)。這可根據(jù)測(cè)量的內(nèi)容，測(cè)量的設(shè)備、場(chǎng)地條件等因素靈活選擇。由天線互易原理得知，兩種工作狀態(tài)測(cè)量該天線參數(shù)的結(jié)果應(yīng)該是一致的。
然而在實(shí)際測(cè)量中，互易原理必須在一定條件下才能應(yīng)用。
（1）天線必須是線性的、無(wú)源的，如

視接收天線，其饋源與高頻頭（LNB）為一體化的，不能用作發(fā)射。
（2）收發(fā)系統(tǒng)阻抗匹配要良好。雖然待測(cè)天線和源天線之間存在多次反射，但由于自由空間傳播的衰減，這種影響并不嚴(yán)重。源天線、饋線、信號(hào)源以及待測(cè)天線、饋線及接收機(jī)，它們相互間的阻抗匹配是滿足互易原理的重要條件。
（3）調(diào)換天線時(shí)，收發(fā)支路無(wú)有源器件，如功率放大器、低噪聲放大器、混頻器等。
近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng) 語(yǔ)音
天線是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，發(fā)射天線將導(dǎo)行波轉(zhuǎn)換為空間輻射波，接收天線則把空間輻射波轉(zhuǎn)換為導(dǎo)行波。因此，一副發(fā)射天線可以視為輻射電磁波的波源，其周?chē)膱?chǎng)強(qiáng)分布一般都是離開(kāi)天線距離和角坐標(biāo)的函數(shù)。通常，根據(jù)離開(kāi)天

線距離的不同將天線周?chē)膱?chǎng)區(qū)劃分為感應(yīng)場(chǎng)區(qū)、輻射近場(chǎng)區(qū)和輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，如圖5所示。

圖5天線的場(chǎng)區(qū)
（1電抗近場(chǎng)
感應(yīng)場(chǎng)區(qū)是指很靠近天線的區(qū)域。在這個(gè)場(chǎng)區(qū)里，不輻射電磁波，電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量交替地貯存于天線附近的空間內(nèi)。電小尺寸的偶極子天線其感應(yīng)場(chǎng)區(qū)的外邊界條件是l/2p。這里，l是工作波長(zhǎng)。
（2）輻射近場(chǎng)
在輻射近場(chǎng)區(qū)（又稱(chēng)菲涅爾區(qū)）里電場(chǎng)的相對(duì)角分布（即方向圖）與離開(kāi)天線的距離有關(guān)，即在不同距離處的方向圖是不同的。這是因?yàn)椋?br />*由天線各輻射源所建立的場(chǎng)之相對(duì)相位關(guān)系是隨距離而變的。
*這些場(chǎng)的相對(duì)振幅也隨距離而改變。在輻射近場(chǎng)區(qū)的內(nèi)邊界處（即感應(yīng)場(chǎng)區(qū)的外邊界處）天線方向圖是一個(gè)主瓣和副瓣難分的起伏包絡(luò)。
*隨著離開(kāi)天線距離的增加直到靠近遠(yuǎn)場(chǎng)輻射區(qū)，天線方向圖的主瓣和副瓣才明顯形成，但零點(diǎn)電平和副瓣電平均較高。輻射近場(chǎng)區(qū)的外邊界按通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為：
r=2D2/λ(m) （1.3.1）
式中，r是觀察點(diǎn)到天線的距離；
D是天線孔徑的尺寸。
（3）輻射遠(yuǎn)場(chǎng)
輻射近場(chǎng)區(qū)的外邊就是輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)（夫朗荷費(fèi)區(qū)）。該區(qū)域的特點(diǎn)是：
*場(chǎng)的相對(duì)角分布與離開(kāi)天線的距離無(wú)關(guān)；
*場(chǎng)的大小與離開(kāi)天線的距離成反比；
*方向圖主瓣、副瓣和零值點(diǎn)已全部形成。
輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)是進(jìn)行天線測(cè)試的重要場(chǎng)區(qū)，天線輻射特性所包括各參數(shù)的測(cè)量均需在該區(qū)進(jìn)行。實(shí)際測(cè)量中必須遵守*的式（1.3.1）所示的近、遠(yuǎn)場(chǎng)的分界距離。

圖6電小尺寸天線的場(chǎng)區(qū)
圖6是電小尺寸L/l<1（L是線天線的大尺寸）的線天線的場(chǎng)區(qū)。由圖可見(jiàn)，電小天線只存在電抗近場(chǎng)區(qū)和輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，沒(méi)有輻射近場(chǎng)區(qū)。常把輻射遠(yuǎn)場(chǎng)與電抗近場(chǎng)相等的距離定義為L(zhǎng)/l<1一類(lèi)天線電抗近場(chǎng)區(qū)的外界，越過(guò)了這個(gè)距離（R=2p/l），輻射遠(yuǎn)場(chǎng)就占優(yōu)勢(shì)。
為了表征輻射遠(yuǎn)場(chǎng)相對(duì)電抗近場(chǎng)的大

小，常用它們的相對(duì)比值。由電基本振子的場(chǎng)方程可以求得電抗近場(chǎng)與輻射遠(yuǎn)場(chǎng)之比，若用dB表示則為PE（dB）=20lg（λ/2πR）=-16+20lg（λ/R）
不同距離上的場(chǎng)強(qiáng)比值如表1所示。
表1不同距離上的場(chǎng)強(qiáng)比值
天線輻射特性測(cè)量法分類(lèi) 語(yǔ)音
天線輻射特性測(cè)量方法如圖6所示。遠(yuǎn)場(chǎng)法可分為室外場(chǎng)、室內(nèi)場(chǎng)及緊縮場(chǎng)；近場(chǎng)法可分為平面、球面、柱面近場(chǎng)測(cè)試法。
1．遠(yuǎn)場(chǎng)方法
遠(yuǎn)場(chǎng)方法又稱(chēng)為直接法，所得到的遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)據(jù)不需要計(jì)算和后處理就是方向圖。但是它往往需要很長(zhǎng)的距離才能測(cè)試天線的特性，所以大多數(shù)的遠(yuǎn)場(chǎng)方法都在室外測(cè)試場(chǎng)地進(jìn)行。室外場(chǎng)又分高架場(chǎng)和斜架場(chǎng)，統(tǒng)稱(chēng)為自由空間測(cè)試場(chǎng)，主要缺點(diǎn)是容易受外界的干擾和場(chǎng)地反射的影響。遠(yuǎn)場(chǎng)方法如果在暗室里進(jìn)行就稱(chēng)為室內(nèi)場(chǎng)。因?yàn)樗杩臻g很大，室內(nèi)場(chǎng)往往成本高。
緊縮場(chǎng)在分類(lèi)上是屬于遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試場(chǎng)，但是它不用很大的測(cè)試場(chǎng)，而是用一個(gè)拋物面天線和饋源，饋源放在拋物面天線的焦點(diǎn)區(qū)域，經(jīng)過(guò)拋物面反射的波是平面波。這樣被測(cè)天線就在平面波區(qū)域。緊縮場(chǎng)設(shè)備的加工精度要求很高，改變工作頻段需要更換饋源，費(fèi)用較大。
2．近場(chǎng)方法
近場(chǎng)測(cè)量技術(shù)就是在天線的近場(chǎng)區(qū)的某一表面上采用一個(gè)特性已知的探頭來(lái)取樣場(chǎng)的幅度和相位特性，通過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)變換而求得天線的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射特性的技術(shù)。根據(jù)取樣表面的形狀，近場(chǎng)測(cè)試場(chǎng)分為3種，即平面測(cè)試場(chǎng)、柱面測(cè)試場(chǎng)和球面測(cè)試場(chǎng)。
近場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是：所需要的場(chǎng)地小，可以在微波暗室內(nèi)進(jìn)行高精度的測(cè)量，免去了建造大型微波暗室的困難。測(cè)量受周

圍環(huán)境的影響極小，保證全天候都能順利進(jìn)行。測(cè)量的信息量大，通過(guò)在近場(chǎng)區(qū)的某一表面的取樣可以精確地得出天線任意方向的遠(yuǎn)場(chǎng)幅度相位和極化特性。近場(chǎng)測(cè)量技術(shù)將在第7章詳細(xì)論述。

圖6天線輻射特性測(cè)量方法分類(lèi)