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天线基础知识

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

，并 没 可分

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） 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， 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，

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。

图1.1 a 图 1.1 b

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。 对称振子 ,

两臂长度 称半波

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， 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，

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

这个窄长的矩形框称为折合

,

见 图 1.2 b 。

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

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1/4 波长

1/2 波长

1/4 波长

对称振子

图 1.2 a 图 1.2 b

1.3 天线方向性的讨论

1.3.1 天线方向性

发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去， 把大部分能量朝所需的方向辐射。

垂直放置的半波对称振子具有平放的

体方向图 （图 1.3.1 a）。立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，

基本功能之二是 “面包圈 ” 形的立 从图 1.3.1 b 可 1.3.1 c 可以看

图 1.3.1 b 与图 1.3.1 c 给

出了它的两个主平面方向图， 平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。 以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图 出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。

图 1.3.1 a 立体方向图 图 1.3.1 b 垂直面方向图 图 1.3.1c 水平面方向图

1.3.2 天线方向性增强

若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生 水平面方向上。

下图是 4 个半波振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面方向 图。

“扁平的面包圈 ”，把信号进一步集中到在

立体方向图 垂直面方向图

也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向， 覆盖天线。下面的水平面方向图说明了反射面的作用 提高了增益。

平面反射板放在阵列的一边构成扇形区 ------

反射面把功率反射到单侧方向，

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平面反射板

全向阵

（垂直阵列 不带平面反射板）

立体角内， 从而获得很高的增益。不言而喻， 射面 和 放置在抛物面焦点上的辐射源。 1.3.3 增益

扇形区覆盖

（垂直阵列 带平面反射板）

抛物面天线的构成包括两个基本要素：

抛物反

抛物反射面的使用， 更能使天线的辐射， 像光学中的探照灯那样， 把能量集中到一个小

增益是指： 在输入功率相等的条件下， 实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产 生的信号的功率密度之比。 它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。 天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄， 物理含义 ------ 源作为发射天线，需要

为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，

100W的输入功率，而用增益为

100 / 20 = 5W G=2.15dBi 。

构成一个垂直四元阵， 其增益约为 G=8.15dBi ( dBi

)。

dBd。

1，取对数得零值。 ）垂

增益显然与

副瓣越小， 增益越高。可以这样来理解增益的

如果用理想的无方向性点

的某定向天线作为

G = 13 dB = 20

发射天线时，输入功率只需

半波对称振子的增益为

。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向

上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。

4 个半波对称振子沿垂线上下排列，

这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源

半波对称振子的增益为 直四元阵，其增益约为 1.3.4 波瓣宽度

如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是

G=8.15–2.15=6dBd 。

G=0dBd（因为是自己跟自己比，比值为

方向图通常都有两个或多个瓣， 其中辐射强度最大的瓣称为主瓣， 旁瓣。参见图 1.3.4 a , 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。

其余的瓣称为副瓣或

3 dB（功率密度降低一半）

的两点间的夹角定义为 波瓣宽度（ 又称 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角）。波瓣宽度

还有一种 波瓣宽度 ，即 10dB 波瓣宽度 ，顾名思义它是方向图中辐射强度降低 （功率密度降至十分之一）

的两个点间的夹角，见图

-3dB 点

1.3.4 b。

-10dB 点

10dB

-3dB点

1.3.4 a 图

3dB 波束宽度

图 1.3.4 b

-10dB点 10dB 波束宽度

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