通信人必知的天線知識都在此，5G時代誰將是大功臣？

　　天線是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導行波，變換成在無界媒介(通常是自由空間)中傳播的電磁波，或者進行相反的變換。在無線電設備中用來發(fā)射或接收電磁波的部件。

　　天線總輸入功率的比值，稱該天線的最大增益系數(shù)。它是比天線方向性系數(shù)更全面的反映天線對總的射頻功率的有效利用程度。并用分貝數(shù)表示?？梢杂脭?shù)學推證，天線最大增益系數(shù)等于天線方向性系數(shù)和天線效率的乘積。

　　天線的發(fā)明

　　天線是由俄國科學家波波夫發(fā)明的。

　　1888年，29歲的波波夫得知德國著名物理學家赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波的消息后，這位曾經(jīng)立志推廣電燈的年輕科學家對朋友們說：“我用畢生的精力去安裝電燈，對于廣闊的俄羅斯來說，只不過照亮了很小的一角：假如我能指揮磁波，那就可以飛越整個世界!”

　　于是，他埋頭研究，向新的目標發(fā)起了沖擊。

　　1894年，波波夫制成了一臺無線電接收機。這臺接收機的核心部分用的是改進了的金屬屑檢波器，波波夫采用電鈴作終端顯示，電鈴的小錘可以把檢波器里的金屬屑震松。電鈴用一個電磁繼電器帶動，當金屬屑檢波器檢測到電磁波時，繼電器接通電源，電鈴就響起來。

　　有一次，波波夫在實驗中發(fā)現(xiàn)，接收機檢測電波的距離突然比往常增大了許多。

　　“這是怎么回事呢?”波波夫查來查去，一直找不出原因。

　　一天，波波夫無意之中發(fā)現(xiàn)一根導線搭在金屬屑檢波器上。他把導線拿開，電鈴便不響了;他把實驗距離縮小到原來那么近，電鈴又響了起來。

　　波波夫喜出望外，連忙把導線接到金屬屑檢波器的一頭，并把檢波器的另一頭接上。經(jīng)過再次試驗，結果表明使用天線后，信號傳遞距離劇增。

　　無線電天線由此而問世。

　　1、按工作性質可分為 發(fā)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、按方向性可分為 全向天線和 定向天線等;

　　4、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;

　　5、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(shù)、增益、輸入阻抗、輻射效率、極化和頻寬;

　　6、按維數(shù)來分可以分成兩種類型：一維天線和二維天線。

　　一維天線：由許多電線組成，這些電線或者像手機上用到的直線，或者是一些靈巧的形狀，就像出現(xiàn)電纜之前在電視機上使用的老兔子耳朵。單極和雙極天線是兩種最基本的一維天線。

　　二維天線：變化多樣，有片狀(一塊正方形金屬)、陣列狀(組織好的二維模式的一束片)、喇叭狀、碟狀。

　　7、天線根據(jù) 使用場合的不同可以分為：手持臺天線、車載天線、基地天線三大類。

　　手持臺天線：就是個人使用 手持對講機的天線，常見的有橡膠天線和拉桿天線兩大類。

　　車載天線：是指原設計安裝在車輛上通訊天線，最常見應用最普遍的是吸 盤天線。車載天線結構上也有縮短型、四分之一波長、中部加感型、八分之五波長、雙二分之一波長等形式的天線。

　　基地臺天線：在整個通訊系統(tǒng)中具有非常關鍵的作用，尤其是作為通訊樞紐的通信臺站。常用的基地臺天線有玻璃鋼高增益天線、四環(huán)陣天線(八環(huán)陣天線)、定向天線。

　　一些指標：

　　天線效率

　　它是指天線輻射出去的功率(即有效地轉換電磁波部分的功率)和輸入到天線的有功功率之比。是恒小于1的數(shù)值。

　　天線極化波

　　電磁波在空間傳播時，若電場矢量的方向保持固定或按一定規(guī)律旋轉，這種電磁波便叫極化波，又稱天線極化波，或偏振波。通常可分為平面極化(包括水平極化和垂直極化)、圓極化和橢圓極化。

　　極化方向

　　極化電磁波的電場方向稱為極化方向。

　　極化面

　　極化電磁波的極化方向與傳播方向所構成的平面稱為極化面。

　　垂直極化

　　無線電波的極化，常以大地作為標準面。凡是極化面與大地法線面(垂直面)平行的極化波稱為垂直極化波。其電場方向與大地垂直。

　　水平極化

　　凡是極化面與大地法線面垂直的極化波稱為水平極化波。其電場方向與大地相平行。

　　平面極化

　　如果電磁波的極化方向保持在固定的方向上，稱為平面極化，也稱線極化。在電場平行于大地的分量(水平分量)和垂直于大地表面的分量，其空間振幅具有任意的相對大小，可以得到平面極化。垂直極化和水平極化都是平面極化的特例。

　　圓極化

　　當無線電波的極化面與大地法線面之間的夾角從0～360°周期的變化，即電場大小不變，方向隨時間變化，電場矢量末端的軌跡在垂直于傳播方向的平面上投影是一個圓時，稱為圓極化。在電場的水平分量和垂直分量振幅相等，相位相差90°或270°時，可以得到圓極化。圓極化，若極化面隨時間旋轉并與電磁波傳播方向成右螺旋關系，稱右圓極化;反之，若成左螺旋關系，稱左圓極化。

　　橢圓極化

　　若無線電波極化面與大地法線面之間的夾角從0～2π周期地改變，且電場矢量末端的軌跡在垂直于傳播方向的平面上投影是一個橢圓時，稱為橢圓極化。當電場垂直分量和水平分量的振幅和相位具有任意值時(兩分量相等時例外)，均可得到橢圓極化。

　　天線介紹：

　　長波天線、中波天線

　　是工作于長波及中波波段的發(fā)射天線或接收天線的統(tǒng)稱。長、中波是以地波和天波傳播的，而天波則連續(xù)反射于電離層和大地之間。根據(jù)此傳播特性，長、中波天線應能產(chǎn)生垂直極化的電波。在長、中波天線中，應用較廣的的有垂直型、倒L型、T型、傘型垂直接地天線。長、中波天線應有良好的地網(wǎng)。長、中波天線存在著許多技術上的問題，如有效高度小、輻射電阻小、效率低、通頻帶窄、方向性系數(shù)小等。為了解決這些問題，天線結構往往非常復雜，非常龐大。

　　短波天線

　　工作于短波波段的發(fā)射或接收天線，統(tǒng)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(xiàn)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。

　　超短波天線

　　工作于超短波波段的發(fā)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(fā)射天線等 。

　　微波天線

　　工作于米波、分米波、厘米波、毫米波等波段的發(fā)射或接收天線，統(tǒng)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。

　　定向天線

　　定向天線是指在某一個或某幾個特定方向上發(fā)射及接收電磁波特別強，而在其它的方向上發(fā)射及接收電磁波則為零或極小的一種天線。采用定向發(fā)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。

　　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。

　　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(shù)周期天線等。

　　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。

　　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。