看图了解天线原理

天线是什么?

天线是在无线电收发系统中，向空间辐射或从空间接收电磁波的装置。

基站天线的发展史

什么是无线电波?

无线电波是一种信号和能量的传播形式，在传播过程中，电场和磁场在空间中相互垂直，且都垂直于传播方向。

无线电波的传播方向

无线电波波长和频率间的关系

波长 λ= C/f (C为光速，f为工作频率，λ为波长)

什么是天线极化波?

电磁波在空间传播时，若电场矢量的方向保持固定或按一定规律旋转，这种电磁波便叫极化波。

什么是双极化天线?

由+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线组成，并同时工作在收发双工模式下的天线。

什么是天线半波振子?

半波振子是天线的基本辐射单元，波长越长，天线半波振子越大。

什么是天线的方向图?

用来表述天线在空间各个方向上所具有的发射和接收电磁波的能力。

致远ZigBee模块板载天线方向图：

天线组成部件

1)辐射单元

2)反射板

3)馈电网络

4)封装防护

什么是天线增益?

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。

1)天线一般为无源器件，不能产生能量，天线增益体现为将能量有效集中向某特定方向辐射或接受电磁波的能力。

2)天线的增益由振子叠加而产生，增益越高，天线长度越长。

3)天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。

匹配的概念是什么?

简单地说，馈线终端所接负载阻抗等于馈线特性阻抗时，称为馈线终端是匹配连接的。

匹配时，馈线上只存在传向终端负载的入射波，而没有由终端负载产生的反射波，因此，当天线作为终端负载时，匹配能保证天线取得全部信号功率。如下图所示，当天线阻抗为 50 欧时，与50 欧的电缆是匹配的，而当天线阻抗为 80 欧时，与50 欧的电缆是不匹配的。

如果天线振子直径较粗，天线输入阻抗随频率的变化较小，容易和馈线保持匹配，这时天线的工作频率范围就较宽。反之，则较窄。

在实际工作中，天线的输入阻抗还会受到周围物体的影响。为了使馈线与天线良好匹配，在架设天线时还需要通过测量，适当地调整天线的局部结构，或加装匹配装置。

下图为ZM470SX LoRa模块及为特殊应用预留的π型匹配电路：

什么是反射损耗?

当馈线和天线匹配时，馈线上没有反射波，只有入射波，即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。这时，馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。

什么是电压驻波比(VSWR)?

为传输线上的电压最大值与电压最小值之比。当天线端口没有反射时，就是理想匹配，驻波比为1;当天线端口全反射时，驻波比为无穷大。

电压驻波比是天线高效率辐射的基本指标要求。在全频段内考察VSWR，取最大值为指标。