射頻天線

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天線是用來接收或發(fā)送無線電信號(hào)的裝置，它可以是用來接收無線電波的天線，也可以是用來發(fā)送無線電波的天線。天線的類型有很多種，常見的有偶極天線、方向性天線、天線陣列等。在通信領(lǐng)域中，天線起著非常重要的作用，它直接影響到無線信號(hào)的傳輸質(zhì)量和距離。

方向性

天線的方向性是天線在不同方向上接收或發(fā)射無線信號(hào)的能力。方向性較強(qiáng)的天線在特定方向上具有較高的增益，而在其他方向上的增益較低。天線的方向性通常用指向性圖來描述，指向性圖顯示了天線在不同方向上的輻射模式。

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在天線工程中，常用的指向性參數(shù)包括主瓣寬度、副瓣水平和垂直角度、前后比等。這些參數(shù)可以幫助工程師評(píng)估天線在不同方向上的性能，從而選擇合適的天線用于特定的應(yīng)用場景。

可以使用以下方式表示天線的方向性：

• 主瓣寬度：
• 副瓣水平和垂直角度：和
• 前后比：

駐波比

天線的駐波比（Standing Wave Ratio，SWR）是衡量天線性能的重要指標(biāo)之一。它是天線輸入端的阻抗匹配情況的指示，也可以反映天線的輻射效率和性能穩(wěn)定性。

天線的駐波比可以通過以下公式計(jì)算：

[ SWR = \frac{Z_{\text{max}}}{Z_{\text{min}}} ]

其中，(Z_{\text{max}}) 是天線輸入端的最大阻抗，(Z_{\text{min}}) 是天線輸入端的最小阻抗。

通常情況下，天線的理想駐波比為1，表示天線輸入端的阻抗完全匹配，沒有反射波。當(dāng)駐波比大于1時(shí)，表示存在阻抗不匹配，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的部分反射，影響天線的性能。

dB、dBm、dBi

• dB：分貝（dB）是一種對(duì)數(shù)單位，用于表示兩個(gè)數(shù)值之間的比率。它通常用于衡量信號(hào)的強(qiáng)度、功率的增益或損失等。計(jì)算公式為：[ \text{dB} = 10 \log_{10} \left( \frac{P}{P_0} \right) ] 其中，( P ) 是要比較的功率值，( P_0 ) 是參考功率值。
• dBm：分貝毫瓦（dBm）是一種用于表示功率級(jí)別的單位，它是相對(duì)于1毫瓦（mW）的功率比率。計(jì)算公式為：[ \text{dBm} = 10 \log_{10} \left( \frac{P}{1 \text{ mW}} \right) ] 其中，( P ) 是要比較的功率值。
• dBi：分貝增益（dBi）是一種用于表示天線增益的單位，它是相對(duì)于理想點(diǎn)源天線的增益。計(jì)算公式為：[ \text{dBi} = 10 \log_{10} \left( \frac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}} \right) ] 其中，( P_{\text{out}} ) 是天線輸出功率，( P_{\text{in}} ) 是天線輸入功率。

增益的計(jì)算公式為：[ \text{增益} = 10 \log_{10} \left( \frac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}} \right) ] 其中，( P_{\text{out}} ) 是輸出功率，( P_{\text{in}} ) 是輸入功率。

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db 是相對(duì)值， dbm 是絕對(duì)值

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方向性增強(qiáng)

天線的方向性增強(qiáng)是天線在特定方向上的輻射能力比其他方向更強(qiáng)。這通常通過改變天線的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，以便在特定方向上獲得更強(qiáng)的信號(hào)傳輸或接收能力。

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在天線設(shè)計(jì)中，常見的方法包括使用定向天線（如定向天線、饋源天線等）、陣列天線（如線性陣列、平面陣列等）或者通過天線的形狀和尺寸來實(shí)現(xiàn)方向性增強(qiáng)。

在無線通信中，天線的方向性增強(qiáng)可以幫助減少干擾、提高信號(hào)覆蓋范圍、增加通信距離等，因此在實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義。

在數(shù)學(xué)上，天線的方向性增強(qiáng)可以通過天線的輻射圖來描述，輻射圖顯示了天線在不同方向上的輻射功率密度分布。一般來說，方向性增強(qiáng)的天線會(huì)在主瓣方向上有更高的輻射功率密度，而在副瓣方向上有較低的輻射功率密度。

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波束寬度

波束寬度通常用于描述電磁波或聲波的傳播特性。在無線通信中，波束寬度指的是天線輻射出的電磁波在空間中的覆蓋范圍。在聲學(xué)中，波束寬度則指聲波在空間中的傳播范圍。

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波束寬度可以用以下公式表示：

[ \theta = \frac{c}{D} ]

其中，θ表示波束寬度，c表示波速，D表示天線或聲源的直徑或長度。

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帶寬

天線帶寬是天線能夠有效工作的頻率范圍。在無線通信中，天線的帶寬決定了它能夠接收和發(fā)送信號(hào)的范圍。天線帶寬通常以赫茲（Hz）為單位表示，它取決于天線的設(shè)計(jì)和材料，以及工作頻率的選擇。天線帶寬的大小直接影響著通信系統(tǒng)的性能和覆蓋范圍。

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無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍內(nèi)工作的，通常，工作在中心頻率時(shí)天線所能輸送的功率最大，偏離中心頻率時(shí)它所輸送的功率都將減小，據(jù)此可定義天線的頻率帶寬。

饋線衰減系數(shù)

饋線衰減系數(shù)通常用 \alpha 表示，它是衡量信號(hào)在傳輸過程中衰減的程度的參數(shù)。衰減系數(shù)與傳輸介質(zhì)的特性以及信號(hào)的頻率有關(guān)。一般情況下，衰減系數(shù)與傳輸距離成正比，傳輸距離越長，衰減越嚴(yán)重。

衰減系數(shù)可以通過以下公式計(jì)算：

\alpha = \frac{10}{L} \log_{10} \left( \frac{P_{\text{in}}}{P_{\text{out}}} \right)

其中，\alpha 表示衰減系數(shù)，L表示傳輸距離，P_{\text{in}}表示輸入功率，P_{\text{out}}表示輸出功率

例如，普通的非低耗電纜SYV-9-50-1， 900MHz 時(shí)衰減系數(shù)為 β ＝ 20.1dB / 100m ，也可寫成 β＝ 3dB / 15m ， 也就是說， 頻率為 900MHz 的信號(hào)功率，每經(jīng)過15m 長的這種電纜時(shí)，功率就要少一半。

饋線的匹配

饋線的匹配是將饋線與其工作頻率下的阻抗進(jìn)行匹配，以確保信號(hào)的最大傳輸和最小損耗。饋線的匹配可以通過調(diào)整饋線的特性阻抗來實(shí)現(xiàn)，常見的匹配方法包括使用阻抗變換器、匹配網(wǎng)絡(luò)或者調(diào)節(jié)饋線的長度和寬度等方式。

在微波和射頻工程中，饋線的匹配是非常重要的，因?yàn)槠ヅ洳涣紩?huì)導(dǎo)致信號(hào)的反射和損耗，影響系統(tǒng)性能。因此，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)良好的饋線匹配是確保系統(tǒng)性能的關(guān)鍵步驟。

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在實(shí)際工作中，天線的輸入阻抗還會(huì)受到周圍物體的影響。為了使饋線與天線良好匹配，在架設(shè)天線時(shí)還需要通過測量，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整天線的結(jié)構(gòu)，或加裝匹配裝置。

饋線反射損失

前面已指出，當(dāng)饋線和天線匹配時(shí)，饋線上沒有反射波，只有入射波，饋線上傳輸?shù)氖切胁?，這時(shí)，饋線上各處的電壓幅度與電流幅度都相等，饋線上任意一點(diǎn)的阻抗都等于它的特性阻抗。

而當(dāng)天線和饋線不匹配時(shí)，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時(shí)，負(fù)載就只能吸收饋線上傳輸?shù)牟糠指哳l能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量將反射回去形成反射波。

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饋線的反射損失可以通過以下公式計(jì)算：

[ \text{反射損失(dB)} = -20 \log_{10} | \Gamma | ]

其中，( \Gamma ) 表示反射系數(shù)，可以通過以下公式計(jì)算：

[ \Gamma = \frac{Z_L - Z_0}{Z_L + Z_0} ]

其中，( Z_L ) 為負(fù)載的阻抗，( Z_0 ) 為饋線的特性阻抗。

天線增益

天線增益通常用單位dBi（dB isotropic）來表示，它是天線相對(duì)于理想的等向天線的增益。天線增益可以用以下公式表示：

[ \text{Gain (dBi)} = 10 \times \log_{10} \left( \frac{\text{RPD}}{\text{RPIS}} \right) ]

RPD是天線在特定方向上的輻射功率，RPIS是等向天線的輻射功率。

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增益是指在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的場強(qiáng)的平方之比，即功率之比。增益一般與天線方向圖有關(guān)，方向圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。

行業(yè)知識(shí)標(biāo)準(zhǔn)

50歐傳輸線的50歐是指它的特征阻抗。特征阻抗是電磁波波導(dǎo)的概念。特征阻抗的計(jì)算在理想的情況下并不需要考慮材料導(dǎo)電率，而是認(rèn)為材料為理想電導(dǎo)體，電導(dǎo)率為無窮大，電流只在材料表面（此處為同軸電纜芯線的外表面，屏蔽層的內(nèi)表面）流動(dòng)，電流在導(dǎo)體上流動(dòng)沒有電阻和損耗。

特性阻抗不是電阻，是傳輸線的感抗與容抗的比，與長度無關(guān)，只與結(jié)構(gòu)和絕緣材料有關(guān)。長電纜確實(shí)有電阻會(huì)造成信號(hào)衰減，但不會(huì)改變波形和駐波比。

50歐姆皺紋銅管同軸電纜主要用于地面移動(dòng)通訊及無線電通訊天線饋線、地面基站用天線跳線、機(jī)房用饋線及天線連接線、軍用數(shù)據(jù)信息傳輸線、超低頻、調(diào)幅及調(diào)頻無線電廣播系統(tǒng)、地面微波通訊、航空及航海用雷達(dá)系統(tǒng)、戰(zhàn)略等便攜式通訊系統(tǒng)等。

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50歐姆編織型同軸電纜電氣特性優(yōu)良，其編織型結(jié)構(gòu)更柔軟，施工十分方便。常用于地面移動(dòng)通訊及無線電通訊天線饋線、地面基站用天線跳線、機(jī)房用饋線及天線連接線、軍用數(shù)據(jù)信息傳輸線、超低頻、調(diào)幅及調(diào)頻無線電廣播系統(tǒng)、地面微波通訊系統(tǒng)、航空及航海用雷達(dá)系統(tǒng)和戰(zhàn)略等便攜式通訊系統(tǒng)等。

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總結(jié)

天線是用來發(fā)送或接收無線電波的裝置，它可以將電能轉(zhuǎn)換為無線電波，或者將無線電波轉(zhuǎn)換為電能。天線的設(shè)計(jì)和選擇對(duì)于無線通信系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。

天線增益是指天線在特定方向上相對(duì)于理想點(diǎn)源天線的輻射功率增益。它是指天線在特定方向上相對(duì)于全向輻射的增益。天線增益通常用分貝（dB）來表示。

天線的特性包括頻率響應(yīng)、輻射圖案、極化、帶寬、駐波比等。這些特性決定了天線在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。

饋線是連接天線和無線電設(shè)備的導(dǎo)線，常見的饋線材質(zhì)包括銅、鋁、同軸電纜等。不同的材質(zhì)會(huì)影響?zhàn)伨€的傳輸損耗、阻抗匹配等性能。

在天線設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，有一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)被廣泛采用，例如IEEE、ITU等組織發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)文件，這些標(biāo)準(zhǔn)文件包含了天線的設(shè)計(jì)、測試、應(yīng)用等方面的規(guī)范和指導(dǎo)。