天线基础知识天线工作原理

抛物面天线的工作原理

普通抛物面天线的结构如图3-1所示。馈源是一种弱方向性天线，安装在抛物面前方的焦点位置上，故普通抛物面天线又称为前馈天线。由馈源辐射出来的球面波被抛物面往一个方向(天线轴向)反射，形成尖锐的波束，这种情况与探照灯极为相似。

图 3-1 普通抛物面天线的结构图 图 3-2 普通抛物面天线的几何关系图

抛物面是由抛物线绕它的轴线(z轴)旋转而成的，如图3-2所示。在yoz平面上，以F为焦点，O为顶点的抛物线方程为：

相应的立体坐标方程为：

为了便于分析，也可引入极坐标。令极坐标系(ρ，ψ) 的原点与焦点F重合，则相应的旋转抛物面的方程可表示为：

设D为抛物面口径的直径，为口径对焦点所张的角(简称口径张角)，由上述关系式可导出决定抛物面口径张角的抛物面焦径比：

焦径比的大小表征了抛物面的结构特征，f/D越大，口径张角越小，抛物面越浅，加工就容易，但馈源离主反射面越远，天线的抗干扰能力就越差，反之亦然。

抛物面具有如下重要的几何光学特性：由焦点发出的各光线经抛物面反射，其反射线都平行于z轴；反之，当平行光线沿z轴入射时，则被抛物面反射而聚焦于F点。其原因是，由焦点发出的各光线经抛物面反射后到达口径面的行程相等（这一结论可利用抛物线的以下性质来证明：从抛物线任一点到焦点的距离等于该点到准线的距离）。 微波的传播特性与光相似，因此，位于焦点F的馈源所辐射的电磁波经抛物面反射后，在抛物面口径上得到同相波阵面，使电磁波沿天线轴向传播。如果抛物面口径尺寸为无限大，那么抛物面就把球面波变为理想平面波，能量只沿z轴正方向传播，其它方向辐射为零。但实际上抛物面的口径是有限的，这时天线的辐射是波源发出的电磁波通过口径面的绕射，它类似于透过屏上小孔的绕射，因而得到的是与口径大小及口径场分布有关的窄波波束。

3.2.2 偏馈天线

前馈抛物面天线的馈源位于天线的主波束内，因而对所接收的电磁波形成了遮挡，其结果降低了天线的增益，增大了旁瓣。将馈源移出天线反射面的口径，可消除馈源及其支撑物对电磁波的遮挡。图3-3示出了偏馈反射面天线的结构示意图。

一般成品螺旋天线都用导电性能良好的金属线绕成并密封好,其工作原理下：

图1

所示一般天线结构示意图。D是螺旋天线直径，L是螺旋天线长度，ρ是螺距，Ⅰ、Ⅱ是螺旋线上相对应两点。

一般可以认为，电磁波沿金属螺旋线以光速C作匀速运动。

从Ⅰ点到Ⅱ点即进行一个螺旋，所需时间为

t = πD/C

而对螺旋天线而言，其轴向电磁波只运动行进了一个螺距ρ，其轴向等效速率

υ=ρ/t =ρ/C (πD)

这种关系也可用图2形式解释。由图2可知：

υ=Csinθ=Cρ/（πD）≤C

由上式可以看出，υ总是小于等于C的。故螺旋天线能使电磁波运动速度减慢，是一个慢波系统，其等效波长λ等效小于工作波长λ。对于螺旋天线而言，应谐振于其1/4等效波长，因而能缩短螺旋天线的几何长度。

对于工作于一定中心频率的通讯机来说，其所需绕的线圈数N可以由下式近似算出：

螺距：υ=L/N

所需金属线长度：ι=NπD

对于一般通讯机可取

L=20~40cm

D=10~20mm

下表是对一些常用频率螺旋天线的设计实例，其他频率也可类似设计。

f是工作中心频率；

D是螺旋天线直径；

L是螺旋天线长度；

N是螺旋圈数；

ι是所需金属线长度。

以上N、ρ为了实际制作需要均取近似值。

制作时可用直径0.5~1.5mm漆包线或镀银铜线或铝线在直径为D的有机玻璃或其他绝缘材料上绕制，并在棒的两头打上小孔，以利于固定金属线；在棒的底端焊上较粗的金属杆或插头固定在棒上，以利于与机器连接；整个螺旋天线的外面可用橡胶管或其他材料套封，并在顶端盖上橡皮帽或用其他材料密封，这样既美观大方，又防雨防蚀，经久耐用。如果没有上述金属丝，也可采用多股细绝缘导线代替，效果相同，只是绕制时固定较为困难。

以上螺旋天线也可用于各种小型遥控设备及其他类似机器上。

为了比较慢波天线与常规拉杆天线的不同，说明慢波天线尺寸较小的优点，我们可对拉杆天线作一计算。

设定参数如下： 频率f=27MHZ

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1数字通信世界2024.031 基本知识[1][2]1.1 天线的基本作用天线是向空间辐射或收集携带信息的空间电磁波的装置。据此基本功能，天线可分为发射天线和接收天线两大类，但一部天线可用于发射也可用于接收，或加入双工器之类的装置后可收发共用。虽然发射天线和接收天线在性能要求和工作方式等方面并非完全相同，但理论上可以利用电磁场的互易原理，将接收天线当作发射天线来分析。在下面提到的一些基本性能指标上，它们是具有共性的。1.2 天线的基本原理1.2.1 电磁波产生的基本原理当带电体上的电荷的量和性质（正、负）随时间而发生变化时，它所产生的电、磁场也是随时间而变化的，即，电场中每一点的电场强度（包括大小和方向）、磁场中每一点的磁场强度，在不同时间是不同的。最基本的交变电磁场的波形是随时间做正弦（余弦）变化，称为简谐波。根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场在它的周围产生变化的磁场；同样地，变化的磁场也在它的周围产生变化的电场。产生交变电磁场之源称为场源，如电流环和电偶极子等。以电流环为例，它是随时间变化的电流流过环形导线形成的。在电流环的周围，引起磁场的环流，它也是随时间而变的；当电流值大时，磁场强，所感应产生的电场也强；当电流值小时，则反之。接下来，所产生的电场又感应出新的磁场……如此交替循环（图1）。这样，在空间某一点观察，将会看到电磁场随时间做强、弱和正、负交替的变化，于是在空间的电磁场强度高低起伏，如水面上的波浪从中心一圈一圈向外扩张一样，电磁场在电流环周围连续不断地扩展并传播到整个空间。这就是电磁波。由点场源产生的电磁波在空间是以球面波的形式传播的，即在相同时刻，电磁波所到达的各点，均位于以源点为中心的圆球面上。因所传播距离相同，这些电磁波是同相位的。理论上，当距离为无限远时，球面接近为平面，球面波成为平面波，垂直于传播方向的平面为等相面，或称同相面（图2）。研究证明，电磁波的电场与磁场在空间上是正交的，它们在自由空间以光速传播。图3给出了用电力线和磁力线表示的电磁波的传播图形。图3（a）为某一瞬间的波形分布，给出了此瞬间电磁场的波峰、波谷和零点，随着时间的变化，这些波峰、波谷和零点所在的位置也是跟着变化，沿着传播方向推移的；图3（b）则用电力线和磁力线的指向和密度表示与图3（a）相应的电磁场分布，力线越密表示电场或磁场的强度越强，最密处相应为波峰或波谷，由力线指向决定。太赫兹天线（一）钟 旻摘要：文章叙述了天线的作用和辐射电磁波的原理、天线的分类和性能（指标）要求，介绍了一些微波、毫米波和光波中的传统天线在太赫兹天线中的应用。关键词：太赫兹；口面天线；平面天线；阵列天线；多波束天线doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.03.001中图分类号：TN 822 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2024）03-0001-09Terahertz Antenna (I)ZHONG MinAbstract: In this lecture, the function of antennas and the principle of radiating electromagnetic waves, the classification and performance requirements of antennas, are described. The application of traditional antennas in microwave, millimeter wave, and optical waves in terahertz antennas is introduced.Key words: terahertz; aperture antenna; plane antenna; array antenna; multi beam antenna图 1 由交变电流环引起的电磁场在空间的传播过程IGITCW技术 讲座Technology Lecture

WIFI天线基础知识

2008年04月16日 星期三 上午 09:53

1 天线

1.1 天线的作用与地位

无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。

*电磁波的辐射

导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。如 图1.1 a 所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如 图1.1 b 所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。 必须指出，当导线的长度 L 远小于波长 λ 时，辐射很微弱；导线的长度 L 增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。

1.2 对称振子

对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。 两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子, 见 图1.2 a 。另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子, 见 图1.2 b。

1.3 天线方向性的讨论