一 概述 
    在如今無處不在的手機(jī)通訊,，廣播電視以及雷達(dá)，導(dǎo)航等工程系統(tǒng)中,，均需利用無線電波來傳遞信息以完成整個系統(tǒng)的工作,，天線是這些系統(tǒng)中用以輻射或接收無線電波關(guān)鍵部件。 
天線的基本功能是將發(fā)射機(jī)送來的高頻電流能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線電波并傳送到空間,；在接收端,，則把空間送來的無線電磁波轉(zhuǎn)換為接收機(jī)需要的高頻電流，以供接收機(jī)放大處理相應(yīng)信息,。顯然天線可以簡單地認(rèn)為是一個性能互逆的電磁波和高頻電流的能量轉(zhuǎn)換器,。 

二 天線的原理 
    導(dǎo)線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射,，輻射的能力與導(dǎo)線的長度和形狀有關(guān),。如 圖 a 所示，若兩導(dǎo)線的距離很近,，電場被束縛在兩導(dǎo)線之間,，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開,，如 圖 b 所示,，電場就散播在周圍空間,，因而輻射增強(qiáng)。 須指出,，當(dāng)導(dǎo)線的長度 L 遠(yuǎn)小于波長 λ 時,，輻射很微弱；導(dǎo)線的長度 L 增大到可與波長相比擬時,，導(dǎo)線上的電流將大大增加,，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。當(dāng)采用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式,，選擇合適的電尺寸排列成陣,，并設(shè)計滿足在排列成陣的導(dǎo)體上傳送的是同相電流，就可實(shí)現(xiàn)在預(yù)定方向上實(shí)現(xiàn)全向或定向輻射或接收,，從而完成有效的電磁波和高頻電流間的能量轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)天線的相應(yīng)功能。

a 導(dǎo)體中傳輸?shù)母哳l電流             b 基本輻射單元的電流分布

    為了有效的實(shí)現(xiàn)高頻電流和電磁波能量的轉(zhuǎn)換,，在傳播電磁能量的導(dǎo)體末端所呈現(xiàn)的阻抗和發(fā)射,，接收設(shè)備之間阻抗匹配是天線設(shè)計的重要課題。由于人們實(shí)際使用的工作頻段很寬,，涉及到從傳統(tǒng)的集中參數(shù)到目前移動通訊的分布參數(shù)的天線匹配設(shè)計一直是技術(shù)工作者的研究課題,。由于實(shí)際安裝方式，使用環(huán)境也影響天線電尺寸的分布參數(shù)電流分布狀況,，從而出現(xiàn)了各種條件下的典型設(shè)計方案,。如常見的移動系統(tǒng)中的吸盤天線，汽車末端未夾安裝天線,，固定位置的固定臺和基地臺天線以及各種形態(tài)的手持臺天線等,，它們都無不同時考慮天線理論設(shè)計和實(shí)際使用情況進(jìn)行微擾，設(shè)計形成完善的通訊系統(tǒng),。 

三 天線的分類 
    天線的分類命名依關(guān)注的主題對象角度不同而有不同的叫法,。 

    按天線的形狀分線天線和面天線，其中線天線一般用在1GMhz以下頻率,，具有攜帶,，架設(shè)方便性能優(yōu)良等特點(diǎn)；面天線一般用在更高頻段,，如衛(wèi)星通訊信,，航空航天等系統(tǒng)中。 

    按使用場合分有手持臺天線,，車載天線,，固定臺天線和基地臺天線等，它們都是根據(jù)使用場合與工作環(huán)境而設(shè)計的天線,，滿足特定的工作性能和使用環(huán)境,。按天線參數(shù)大小又可分為高,，中，低增益天線和寬窄帶天線等,。按覆蓋方向圖有分為全向天線和定向天線等,。總之,，它們都是從形狀,，性能，使用方法等角度對天線主題進(jìn)行描述,。 

    大家常用的136Mhz-470Mhz頻段天線有全向中,，高增益車載和基地臺天線以及實(shí)現(xiàn)方向通訊的定向天線等。 

四 天線的關(guān)鍵參數(shù) 

1 工作頻段 
    每付天線都有它的滿足相應(yīng)性能要求的工作范圍,。目前VHF頻段天線的工作帶寬一般為6Mhz左右,；UHF頻段的工作帶寬一般在12Mhz上下。主要與天線增益和電尺寸的截面大小有關(guān),。 

2.天線的阻抗 
    除電視廣播及特殊行業(yè)外,，移動通信中設(shè)備射頻端口標(biāo)準(zhǔn)阻抗一般為50歐姆。 

3.天線的增益 
    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)生的信號的功率密度之比,。它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系,，方向圖主瓣越窄,，副瓣越小，增益越高,。 

    實(shí)際使用的線性全向天線為了提高增益,，就需要在垂直空間方向上用同相單元在適當(dāng)?shù)拈g距內(nèi)排陣來實(shí)現(xiàn)。這需要綜合考慮到電尺寸大小,，反相器的設(shè)計和機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)系及阻抗匹配的設(shè)計等相關(guān)因素,，是一個復(fù)雜的理論和實(shí)踐相結(jié)合的項目。固定臺天線,，基地臺天線電尺寸設(shè)計結(jié)構(gòu)如下圖示

    如上所述理論和實(shí)踐都證明,，天線增益是通過基本單元同相排陣而實(shí)現(xiàn)的，基本單元的電長度尺寸是決定基本增益的關(guān)鍵,下圖顯示了方向系數(shù)隨電長度的變化情況,。

    上圖可見,，基本單元長度并不是越長越好，當(dāng)大于0.625波長后方向系數(shù)將隨電尺寸增加迅速減小,。 

    手持臺天線增益為2.15dBi ,，中增益車臺天線依工作頻段不同和實(shí)際使用角度一般VHF段為3.65dBi,UHF段為5.5dBi ;中增益基地臺天線一般為5.15--6.8dBi左右；一般高增益天線增益應(yīng)大于8.5dBi。 

4.駐波系數(shù)（VSWR） 
    在不匹配的情況下, 饋線上同時存在入射波和反射波,。在入射波和反射波相位相同的地方,，電壓振幅相加為大電壓振幅Ｖmax ，形成波腹,；而在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為小電壓振幅Ｖmin ,，形成波節(jié)。其它各點(diǎn)的振幅值則介于波腹與波節(jié)之間,。這種合成波稱為行駐波,。 

    反射波電壓和入射波電壓幅度之比叫作反射系數(shù)，記為 R 　　 
                       反射波幅度   
              R ＝ ───── 
                       入射波幅度 

    波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù),，也叫電壓駐波比,，記為VSWR 　　               

                     波節(jié)電壓輻度Ｖmin            （1 + R）
     　　 VSWR ＝ ────────────── ＝ ──── 
                     波腹電壓幅度Ｖmax            （1 - R）

終端負(fù)載阻抗 和饋線特性阻抗越接近，反射系數(shù) R 越小,，駐波比VSWR 越接近于１,，匹配也就越好。 

    一般手臺天線在工作頻帶內(nèi)VSWR不大于2.5 ,；車臺,，固定臺和基地臺天線工作帶寬內(nèi)一般要求不大于1.5 。 

5.方向圖 
    方向圖通常都有兩個或多個瓣,，其中輻射強(qiáng)度大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣,。參見下圖 ,在主瓣大輻射方向兩側(cè),，輻射強(qiáng)度降低 3 dB（功率密度降低一半）的兩點(diǎn)間的夾角定義為波瓣寬度（又稱 波束寬度 或 主瓣寬度 或 半功率角）。波瓣寬度越窄,，方向性越好,，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng),。

五 常見疑惑問題解答 

1.貴公司基地臺天線為啥要增設(shè)三根振子,，是否是為了好看？ 

答：不是的,。 
    大家知道,，高頻電流經(jīng)過匹配電路到達(dá)天線時饋纜外屏蔽層突然被截斷，引起饋線外導(dǎo)體表面電流外流,，導(dǎo)致電纜的輻射效應(yīng),，不僅影響系統(tǒng)匹配，而且引起電纜的位置變化都影響天線性能,。三根振子不僅起和地面的隔離作用,，而且保證方向圖特性，,。采用其它內(nèi)部隔離雖節(jié)省三振子后可減少成本,，但隔離和輻射性能就相對變?nèi)酢?nbsp;

2.天線增益是否越高越好,？ 

答： 不是的。 
    和放大電路的設(shè)計一樣,，天線也有增益帶寬積的概念,，增益高，相應(yīng)工作頻帶變窄,，在寬帶收,，發(fā)共用系統(tǒng)中一般僅要求天線增益高就不好用了。 

   常有用戶反映,，自己組的通信網(wǎng)換用中增益天線后,，不僅架設(shè)方便，通訊距離沒有變化,，而且盲區(qū)減少,，反而用。 

    原因首先是高增益天線的調(diào)試設(shè)計要求更嚴(yán)格,，真正能克服方向圖不上翹的天線需要采用中饋設(shè)計方案,，而目前國內(nèi)由于工藝，價格等原因一般常規(guī)單根線天線采用底饋,，很難克服方向圖上翹：同時波瓣的壓窄使信號在垂直面變化幅度加大,，反使盲區(qū)增加。而調(diào)試良好的中增益天線由于設(shè)計成熟,，調(diào)試方便,，波瓣變化較緩而正好發(fā)揮其大作用。 

    實(shí)際上,，由于城市化進(jìn)程的加快,，電波傳輸環(huán)境的日益復(fù)雜化，通信的距離主要取決于天線架設(shè)的位置高度和周圍的電磁環(huán)境,。這也就是架設(shè)方便和調(diào)試良好的中增益天線據(jù)有較大使用空間的所在,。 

3.能否用高增益車臺天線取代固定臺或基地臺天線？ 

答 ： 一般不要這樣做,，否則效果不好,。 
    我們知道，天線是一個電磁波輻射系統(tǒng),，是一個分布參數(shù)形式,，周圍的使用環(huán)境和其整體性能息息相關(guān)。車載天線是以車體形式為使用環(huán)境設(shè)計調(diào)試的和基地臺的設(shè)計理念不同,。 

4.天線為什么好在只有知道收,，發(fā)頻率后才定做，何不象通訊機(jī)一樣做成全頻段形式？ 

答：這是為了是天線更適合于你的實(shí)際使用情況,，發(fā)揮終端的大性能,。寬帶和駐波，增益,，方向性能是難統(tǒng)一的,，當(dāng)然具體定做才好。 

5．天線的品種很多,，目前在天線方面主要設(shè)計制作的是什么品牌,，哪種類型天線？ 

答：主要的品牌為RCOMM天線,。開發(fā)生產(chǎn)市場常用的手臺天線,，中增益車臺和基地臺天線。二十多年來一直和相關(guān)通訊系統(tǒng)配套產(chǎn)品遠(yuǎn)銷國內(nèi)外,，具體外形簡圖如下兩圖片所示,。

Rcomm全向天線全段定做示意圖



Rcomm車載天線全段定做示意圖

6.天線的架設(shè)有什么特殊要求？ 

答：談不上特殊要求,，只是要注意如下幾點(diǎn),。 
A：天線的選點(diǎn)要周圍開闊并沒有強(qiáng)的電磁干擾，架設(shè)位置相對高點(diǎn),。 
B：基地臺天線若架設(shè)在鐵塔側(cè)邊時,，距鐵塔距離要大于1.5波長，否則,，由于鐵塔的反射作用,，靠鐵塔方向的方向圖將發(fā)生畸變，影響通訊效果,。同理中繼臺收，發(fā)天線之間要采用垂直隔離,，不同設(shè)備天線之間的水平安裝間距小也需2.5米以上,。 
C：在復(fù)雜地區(qū)，接收端天線的架高在范圍內(nèi)調(diào)整好用儀表檢測確定佳高度,，也非越高越好,。 
D：天線的防雷一種方法是利用鐵塔固有的防雷系統(tǒng)，同時要注意安裝在避雷針的防雷范圍內(nèi),；另一種方法是自己加裝避雷裝置,，但要注意接地點(diǎn)的選擇和良好接地。

2010-6-8