射頻天線

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天線是用來接收或發(fā)送無線電信號的裝置，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，表示存在阻抗不匹配，會導(dǎo)致信號的部分反射，影響天線的性能。

dB、dBm、dBi

• dB：分貝（dB）是一種對數(shù)單位，用于表示兩個數(shù)值之間的比率。它通常用于衡量信號的強(qiáng)度、功率的增益或損失等。計算公式為：[ \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別的單位，它是相對于1毫瓦（mW）的功率比率。計算公式為：[ \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，它是相對于理想點源天線的增益。計算公式為：[ \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 是相對值， dbm 是絕對值

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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)計來實現(xiàn)，以便在特定方向上獲得更強(qiáng)的信號傳輸或接收能力。

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在天線設(shè)計中，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、提高信號覆蓋范圍、增加通信距離等，因此在實際應(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，工作在中心頻率時天線所能輸送的功率最大，偏離中心頻率時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 的信號功率，每經(jīng)過15m 長的這種電纜時，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，因為匹配不良會導(dǎo)致信號的反射和損耗，影響系統(tǒng)性能。因此，設(shè)計和實現(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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在實際工作中，天線的輸入阻抗還會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，饋線上沒有反射波，只有入射波，饋線上傳輸?shù)氖切胁ǎ@時，饋線上各處的電壓幅度與電流幅度都相等，饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。

而當(dāng)天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時，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，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(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，電流在導(dǎo)體上流動沒有電阻和損耗。

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)。長電纜確實有電阻會造成信號衰減，但不會改變波形和駐波比。

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)計和選擇對于無線通信系統(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于理想點源天線的輻射功率增益。它是指天線在特定方向上相對于全向輻射的增益。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)會影響?zhàn)伨€的傳輸損耗、阻抗匹配等性能。

在天線設(shè)計和應(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、測試、應(yīng)用等方面的規(guī)范和指導(dǎo)。