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什么是天线?

09/25 08:33
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什么是天线?

天线的基本作用是能量转换,把从导线(馈线)上传下来的电信号转换为无线电波发射到空间中,天线辐射电磁波的机理源自麦克斯韦方程,电荷能产生电场,电流能产生磁场,而且变化的电场能够产生变化的磁场,变化的磁场也能够产生变化的电场,当导体载有交变电流时,就会发生电磁波的辐射。

简单来说,天线是把电信号变为电磁波信号的工具。

天线的参数

天线增益

很多小伙伴都会有一个误区,天线增益13dBi,认为增加了功率或者提升了灵敏度。

从上文天线的定义看,天线只是将电信号转变为电磁波,是一个能量转换的过程,根据能量守恒原则,天线本身并没有能量放大作用,天线作为工具还会存在转换效率的问题,电磁波不仅不会提升还会降低,那么天线的增益是怎么回事?

在某一规定方向上的辐射功率通量密度与参考天线在相同输入功率时最大辐射功率通量密度的比值。

天线增益是相对于参考天线来说的,通常以输入相同功率的全向天线或半波振子天线在某方向的辐射强度为参考值,以全向天线为参考时记作dBi(i-isotropic),以半波对称振子(偶极子)天线为参考时记作dBd(d-dipole)。两者有一个固定的dB差值,即0dBd等于2.15dBi。

所以,增益是对比量,是对比全向天线或者半波偶极子天线为参考量。

所以天线对于接收机的增益怎么理解?

高增益天线对于接收机来说,并不能提升接收机的灵敏度,提升的是SNR,对比0dBi天线,能够接收更多的信号。

天线驻波

回波损耗计算公式:回波损耗 = 入射功率/ 反射功率

当馈线和天线共轭匹配时,能量全部被负载吸收,馈线上只有入射波,没有反射波。

当天线和馈线不匹配时,也就是天线输入阻抗不等于馈线特性阻抗时,负载只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。

天线驻波对于系统来说就是能量有多少是被转换成电磁波传输出去。也就是传输效率。

天线效率 一般定义为天线的辐射功率与输入功率之比。高效率天线能将输入的大部分能量辐射出去,而低效率天线大部分被吸收为天线内的损耗,或因为阻抗不匹配而被反射回来。

方向图

0dBi的天线是全向天线,为了是传输更具高效性。天线一般都有方向,即天线的方向性。

旁瓣抑制(Side Lobe Suppression,或旁瓣电平):表示主瓣与最高旁瓣之间的差值。

水平半功率波束宽度(Half-Power Beamwidth, HPBW):表示从主瓣最大高度下降 3dB 的左右两个角度之间的范围,通常在水平和垂直两个 2D 辐射方向图中呈现。

前后功率比(Front-to-Back Ratio):表示定向天线正向峰值增益与背面(180°)增益的比值,通常用 dB 表示。

总结

天线是一个电信号转换电磁波的工具,转换过程存在转换效率(驻波),频响,方向,增益(对比标准天线)

最后的话

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