微波天線及各種天線概念解析

微波天線

工作于米波、分米波、厘米波、毫米波等波段的發射或接收天線，統稱為微波天線。微波主要靠空間波傳播，為增大通信距離，天線架設較高。在微波天線中，應用較廣的有拋物面天線、喇叭拋物面天線、喇叭天線、透鏡天線、開槽天線、介質天線、潛望鏡天線等。

“微波天線”

圖片來源：百度百科

卡塞格倫天線

卡塞格倫天線是一種在微波通信中常用的天線，它是從拋物線演變而來的。卡塞格倫天線由三部分組成，即主反射器、副反射器和輻射源。其中主反射器為旋轉拋物面，副反射面為旋轉雙曲面。在結構上，雙曲面的一個焦點與拋物面的焦點重合，雙曲面焦軸與拋物面的焦軸重合，而輻射源位于雙曲面的另一焦點上示。它是由副反射器對輻射源發出的電磁波進行的一次反射，將電磁波反射到主反射器上，然后再經主反射器反射后獲得方向的平面波波束，以實現定向發射。當輻射器位于旋轉雙曲面的實焦點F1處時，由F1發出的射線經過雙曲面反射后的射線，就相當于由雙曲面的虛焦點直接發射出的射線。因此只要是雙曲面的虛焦點與拋物面的焦點相重合，就可使副反射面反射到主反射面上的射線被拋物面反射成平面波輻射出去。卡塞格倫天線相對于拋物面天線來講，它將饋源的輻射方式由拋物面的前饋方式改變為后饋方式，這使天線的結構較為緊湊，制作起來也比較方便。另外卡塞格倫天線可等效為具有長焦距的拋物面天線，而這種長焦距可以使天線從焦點至口面各點的距離接近于常數，因而空間衰耗對饋電器輻射的影響要小，使得卡塞格倫天線的效率比標準拋物面天線要高。

“卡塞格倫天線”

卡塞格倫天線

短波天線

工作于短波波段的發射或接收天線，統稱為短波天線。短波主要是借助于電離層反射的天波傳播的，是現代遠距離無線電通信的重要手段之一。短波天線形式很多，其中應用最多的有對稱天線、同相水平天線、倍波天線、角型天線、V型天線、菱形天線、魚骨形天線等。和長波天線比較，短波天線的有效高度大，輻射電阻大，效率高，方向性良好，增益高，通頻帶寬。

陣列天線

天線在通信、廣播、電視、雷達和導航等無線電系統中被廣泛的應用，起到了傳播無線電波的作用，是有效地輻射和接受無線電波必不可少的裝置。就目前天線通信知識和技術的迅速發展，以及國際上對天線的諸多研究方向的提出，都促使了新型天線的誕生。陣列天線就是研究的一種方向,所謂陣列天線不是將簡單的將天線排成我們所熟悉的陣列的樣子,而是它的構成是陣列形式的.就發射天線來說,簡單的輻射源比如點源,對稱振子源是常見的構成陣列天線的輻射源.它們按照直線或者更復雜的形式,根據天線饋電電流,間距,電長度等不同參數來構成陣列,以獲取最好的輻射方向性.這就是陣列天線的魅力所在,它可以根據需要來調節輻射的方向性能.由此產生出了諸如現代移動通信中使用的智能天線等.我相信,在不久的將來,這些高技術含量的天線將會帶給我們同樣高質量的通信環境。

對數周期天線

是一種寬頻帶天線，或者說是一種與頻率無關的天線。單的對數周期天線，它的偶極子長度和間隔符合下列關系：偶極子由一均勻雙線傳輸線來饋電，傳輸線在相鄰偶極子之間要調換位置。這種天線有一個特點：凡在f頻率上具有的特性，在由τf給出的一切頻率上將重復出現，其中n為整數。這些頻率畫在對數尺上都是等間隔的，而周期等于τ的對數。對數周期天線之稱即由此而來。對數周期天線只是周期地重復輻射圖和阻抗特性。但是這樣結構的天線，若τ不是遠小于1，則它的特性在一個周期內的變化是十分小的，因而基本上是與頻率無關的。對數周期天線種類很多，有對數周期偶極天線和單極天線、對數周期諧振V形天線、對數周期螺旋天線等形式，其中最普遍的是對數周期偶極天線。這些天線廣泛地用于短波及短波以上的波段。

“對數周期天線”

對數周期天線

手機天線

無線電發射機輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點后，由天線接下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機。可見，天線是發射和接收電磁波的一個重要的無線電設備，沒有天線也就沒有無線電通信。天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求等不同情況下使用。內、外置天線比較目前手機天線主要就內置及外置天線兩種，內置天線客觀上必然比外置天線弱。天線的架設都是盡量遠離地面和建筑物的，天線接近參考地的時候，大部分能量將集中在天線和參考地之間，而無法順利發射，所以天線發射，需要一個“盡量開放”的空間。而手機電路版就是手機天線的參考地，讓天線遠離手機其他電路，是提高手機天線發射效率的關鍵。但受到實際環境限制以及大家追求攜帶方便的要求，手機的設計就必須在電氣方面做出妥協。實際上，所有的GSM手機的接收發送電路的增益都是是可以根據環境變化而自動調節的，能通過合理的參數設定，會自動補償有關的損失。所以，就手機整體而言，在信號比較好情況下，內天線 和外天線并不能看出差別。差別是有的，在信號很弱的情況，外天線尤其是長天線的信號死點門限將高于內天線，也就是理論上內天線手機比較容易在弱信號環境丟失信號。輻射問題，天線效率的下降必須以大的發射功率補償，相同條件下內天線的輻射會比外天線大。但人體實際受到的輻射和整機結構有關，內天線手機也可以通過合理安排天線位置，抵消輻射對人體的影 響。輻射問題手機的輻射主要是手機的天線發射模塊帶來的，手機的天線做得十分粗大，它的作用就是為了減小發射的阻力。

可以說手機天線是手機的輻射源，而把所謂的防磁貼貼在聽音器上面也是不行的，因為這樣會改變天線周圍的磁場，使得天線的信號發生變化，使得通話不能正常進行。

雙極化天線

雙極化天線是一種新型天線技術，組合了+45°和-45°兩副極化方向相互正交的天線并同時工作在收發雙工模式下，因此其最突出的優點是節省單個定向基站的天線數量；一般GSM數字移動通信網的定向基站（三扇區）要使用9根天線，每個扇形使用3根天線（空間分集，一發兩收），如果使用雙極化天線，每個扇形只需要1根天線；同時由于在雙極化天線中，±45°的極化正交性可以保證+45°和-45°兩副天線之間的隔離度滿足互調對天線間隔離度的要求（≥30dB），因此雙極化天線之間的空間間隔僅需20-30cm；另外，雙極化天線具有電調天線的優點，在移動通信網中使用雙極化天線同電調天線一樣，可以降低呼損，減小干擾，提高全網的服務質量。如果使用雙極化天線，由于雙極化天線對架設安裝要求不高，不需要征地建塔，只需要架一根直徑20cm的鐵柱，將雙極化天線按相應覆蓋方向固定在鐵柱上即可，從而節省基建投資，同時使基站布局更加合理，基站站址的選定更加容易。

螺旋天線

是一種具有螺旋形狀的天線。它由導電性能良好的金屬螺旋線組成，通常用同軸線饋電，同軸線的心線和螺旋線的一端相連接，同軸線的外導體則和接地的金屬網（或板）相連接。螺旋天線的輻射方向與螺旋線圓周長有關。當螺旋線的圓周長比一個波長小很多時，輻射最強的方向垂直于螺旋軸；當螺旋線圓周長為一個波長的數量級時，最強輻射出現在螺旋旋軸方向上。

全向天線

全向天線，即在水平方向圖上表現為360°都均勻輻射，也就是平常所說的無方向性，在垂直方向圖上表現為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小，增益越大。全向天線在移動通信系統中一般應用與郊縣大區制的站型，覆蓋范圍大。

機械天線

所謂機械天線，即指使用機械調整下傾角度的移動天線。

電調天線

所謂電調天線，即指使用電子調整下傾角度的移動天線。

施主天線

移動基站BTS用的一種收發天線.也就是收發到用戶(手機)的天線。

不定向天線

在各個方向上均勻輻射或接收電磁波的天線，稱為不定向天線，如小型通信機用的鞭狀天線等。

V形天線

是由彼此成一角度的兩條導線組成，形狀象英文字母V的一種天線。它的終端可以開路，也可以接有電阻，其電阻的大小等于天線的特性阻抗。V形天線具有單向性，最大發射方向在分角線方向的垂直平面內。它的缺點是效率低、占地面積大。

介質天線

介質天線是一根用低損耗高頻介質材料（一般用聚苯乙烯）作成的圓棒，它的一端用同軸線或波導饋電。介質天線的優點是體積小，方向性尖銳；缺點是介質有損耗，因而效率不高。

開槽天線

在一塊大的金屬板上開一個或幾個狹窄的槽，用同軸線或波導饋電，這樣構成的天線叫做開槽天線，也稱裂縫天線。為了得到單向輻射，金屬板的后面制成空腔，開槽直接由波導饋電。開槽天線結構簡單，沒有凸出部分，因此特別適合在高速飛機上使用。它的缺點是調諧困難。

喇叭透鏡天線

由喇叭及裝在喇叭口徑上的透鏡組成，故稱為喇叭透鏡天線。透鏡的原理參見透鏡天線，這種天線具有相當寬的工作頻帶，而且比拋物面天線具有更高的防護度，它在波道數較多的微波干線通信中用得很廣泛。

傘形天線

在單根垂直導線的頂部，向各個方向引下幾根傾斜的導體，這樣構成的天線形狀象張開的雨傘，故稱傘形天線。它也是垂直接地天線的一種形式。其特點和用途與倒L形、T形天線相同。

T形天線

在水平導線的中央，接上一根垂直引下線，形狀象英文字母T，故稱T形天線。它是最常見的一種垂直接地的天線。它的水平部分輻射可忽略，產生輻射的是垂直部分。為了提高效率，水平部分也可用多根導線組成。T形天線的特點與倒L形天線相同。它一般用于長波和中波通信。

定向天線

定向天線是指在某一個或某幾個特定方向上發射及接收電磁波特別強，而在其它的方向上發射及接收電磁波則為零或極小的一種天線。采用定向發射天線的目的是增加輻射功率的有效利用率，增加保密性；采用定向接收天線的主要目的是增加抗干擾能力。

潛望鏡天線

在微波中繼通信中，天線往往安置在很高的支架上，因此，給天線饋電就得用很長的饋線。饋線過長會產生許多困難，如結構復雜，能量損耗大，由于在饋線接頭處的能量反射而引起失真等。為了克服這些困難，可采用一種潛望鏡天線，潛望鏡天線由安置在地面上的下鏡輻射器和安裝在支架上的上鏡反射器組成。下鏡輻射器一般是拋物面天線，上鏡反射器為金屬平板。下鏡輻射器向上發射電磁波，經過金屬平板反射出去。潛望鏡天線的優點是能量損耗小、失真小、效率高。主要用于容量不大的微波中繼通信中。

倒L天線

在單根水平導線的一端連接一根垂直引下線而構成的天線。因其形狀象英文字母L倒過來，故稱倒L形天線。俄文字母的Γ字正好是英文字母L的倒寫。故稱Γ型天線更方便。它是垂直接地天線的一種形式。為了提高天線的效率，它的水平部分可用幾根導線排在同一水平面上組成，這部分產生的輻射可忽略，產生輻射的是垂直部分。倒L天線一般用于長波通信。它的優點是結構簡單、架設方便；缺點是占地面積大、耐久性差。

鞭狀天線

鞭狀天線是一種可彎曲的垂直桿狀天線，其長度一般為1/4或1/2波長。大多數鞭狀天線都不用地線而用地網。小型鞭狀天線常利用小型電臺的金屬外殼作地網。有時為了增大鞭狀天線的有效高度，可在鞭狀天線的頂端加一些不大的輻狀葉片或在鞭狀天線的中端加電感等。

垂直天線

垂直天線是指與地面垂直放置的天線，它有對稱與不對稱兩種形式，而后者應用較廣。對稱垂直天線常常是中心饋電的。不對稱垂直天線則在天線底端與地面之間饋電，其最大輻射方向在高度小于1/2波長的情況下，集中在地面方向，故適應于廣播。不對稱垂直天線又稱垂直接地天線。

超短波天線

工作于超短波波段的發射和接收天線稱為超短波天線。超短波主要靠空間波傳播。這種天線的形式很多，其中應用最多的有八木天線、盤錐形天線、雙錐形天線、“蝙蝠翼”電視發射天線等。

智能天線

智能天線是一種安裝在基站現場的雙向天線，通過一組帶有可編程電子相位關系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時獲取基站和移動臺之間各個鏈路的方向特性。智能天線的原理是將無線電的信號導向具體的方向，產生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向DOA(DirectionofArrinal)，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分高效利用移動用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的。同時，智能天線技術利用各個移動用戶間信號空間特征的差異，通過陣列天線技術在同一信道上接收和發射多個移動用戶信號而不發生相互干擾，使無線電頻譜的利用和信號的傳輸更為有效。在不增加系統復雜度的情況下，使用智能天線可滿足服務質量和網絡擴容的需要。

無線天線

當計算機與無線AP或其他計算機相距較遠時，隨著信號的減弱，或者傳輸速率明顯下降，或者根本無法實現與AP或其他計算機之間通訊，此時，就必須借助于無線天線對所接收或發送的信號進行增益（放大）。無線天線有多種類型，不過常見的有兩種，一種是室內天線，優點是方便靈活，缺點是增益小，傳輸距離短；一種是室外天線。室外天線的類型比較多，一種是鍋狀的定向天線，一種是棒狀的全向天線。室外天線的優點是傳輸距離遠。比較適合遠距離傳輸。

透鏡天線

在厘米波段，許多光學原理可以用于天線方面。在光學中，利用透鏡能使放在透鏡焦點上的點光源輻射出的球面波，經過透鏡折射后變為平面波。透鏡天線就是利用這一原理制作而成的。它由透鏡和放在透鏡焦點上的輻射器組成。透鏡天線有介質減速透鏡天線和金屬加速透鏡天線兩種。透鏡是用低損耗高頻介質制成，中間厚，四周薄。從輻射源發出的球面波經過介質透鏡時受到減速。所以球面波在透鏡中間部分受到減速的路徑長，在四周部分受到減速的路徑短。因此，球面波經過透鏡后就變成平面波，也就是說，輻射變成定向的。透鏡由許多塊長度不同的金屬板平行放置而成。金屬板垂直于地面，愈靠近中間的金屬板愈短。電波在平行金屬板中傳播時受到加速。從輻射源發出的球面波經過金屬透鏡時，愈靠近透鏡邊緣，受到加速的路徑愈長，而在中間則受到加速的路徑就短。因此，經過金屬透鏡后的球面波就變成平面波。透鏡天線具有下列優點：1、旁瓣和后瓣小，因而方向圖較好；2、制造透鏡的精度不高，因而制造比較方便。其缺點是效率低，結構復雜，價格昂貴。透鏡天線用于微波中繼通信中。

調諧天線

僅在一個很窄的頻帶內才具有預定方向性的天線，稱為調諧天線或稱調諧的定向天線。通常，調諧天線僅在它的調諧頻率附近5%的波段內，其方向性才保持不變，而在其它頻率上，方向性變化非常厲害，以致使通信遭到破壞。調諧天線不適于頻率多變的短波通信。同相水平天線、折合天線、曲折天線等均屬于調諧天線。

寬頻帶天線

方向性、阻抗和極化特性在一個很寬的波段內幾乎保持不變的天線，稱為寬頻帶天線。早期的寬頻帶天線有菱形天線、V形天線、倍波天線、盤錐形天線等，新的寬頻帶天線有對數周期天線等。

對稱天線

兩部分長度相等而中心斷開并接以饋電的導線，可用作發射和接收天線，這樣構成的天線叫做對稱天線。因為天線有時也稱為振子，所以對稱天線又叫對稱振子，或偶極天線。總長度為半個波長的對稱振子，叫做半波振子，也叫做半波偶極天線。它是最基本的單元天線，用得也最廣泛，很多復雜天線是由它組成的。半波振子結構簡單，饋電方便，在近距離通信中應用較多。

天線

線電設備中輻射或（和）接收電磁波的部件。無線電通信、廣播、電視、雷達、導航、電子對抗、遙感、射電天文等工程系統，凡是利用電磁波來傳遞信息的，都依靠天線來進行工作。此外，在用電磁波傳送能量方面，非信號的能量輻射也需要天線。一般天線都具有可逆性，即同一副天線既可用作發射天線，也可用作接收天線。同一天線作為發射或接收的基本特性參數是相同的。這就是天線的互易定理。天線從不同角度進行分類：①按工作性質可分為發射天線和接收天線。②按用途可分為通信天線、廣播天線、電視天線、雷達天線等。③按工作波長可分為超長波天線、長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線等。④按結構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、增益、輸入阻抗、輻射效率、極化和頻帶寬度等。目前，天線的發展已基本滿足各種無線傳輸業務的需要。在某些特殊應用場合（如遙感、空間通信等），隨著天線理論的不斷完善，天線類型還會不斷發展。

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總結

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