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这篇天线也是射频君五一加班码字的,大家可表忘了点赞哦。这期射频君接着跟大家来聊天线的进阶内容-指标篇。

作为收发双工的工具来说,天线的指标还是比较复杂的。电性能的主要指标有:频段、增益、驻波比、极化方式、方向图、波束宽度、前后比等。

1. 频段

无论是发射天线还是接收天线,它们总是在一定的频率范围(频带宽度)内工作。天线的频段有两种不一样的定义:

一种是:在驻波比SWR≤1.5条件下,天线的工作频带宽度;

另一种是:天线增益下降3dB范围内的频带宽度。

一般移动通信系统中的天线是照前一种的方式定义的。

2. 增益

某天线的增益,其实就是最大辐射方向上的辐射效果,与无方向性的理想点源相比把输入功率放大的倍数。点源天线是理想化的每个方向辐射能力相等的天线,但理想很丰满,现实很骨感,现实中是木有这样子的点源天线的。最接近点源天线方向性图的就是偶极子天线。如果天线增益是与点源天线相比,单位为dBi;如果天线增益与偶极子天线相比较,单位为则dBd。因此天线的增益可以总结为主向辐射功率与点源天线或偶极子天线辐射功率的比值。

那么dBi和dBd又是怎么来的呢?

dB部分俺就不废话了。i是各向同性isotropic的首个字母,d是偶极子dipole的首字。而dBi和dBd的相互换算关系为:2.14dBi=0dBd。所以筒子们要切记,天线增益说dB是不准确的哦。最准确的是要说dBi或者dBd。

另外,我们一般说的增益,都是指的是天线最大方向增益,描述的是天线对能量的“辐射能力”以及“集束程度”。

3. 驻波比

由于天线本身不产生信号或者放大信号,天线本身的工作效率就很重要。

童鞋们都明白驻波比(简称SWR)就是描述电压反射程度的重要指标。一般来讲需要在工作频段内,天线的SWR最好要低于1.5。

4. 极化方式

天线向周围空间辐射电磁波,那电磁波又是由电场和磁场交变而形成的。这里面大神们规定了电场的方向就是天线极化方向。主要的单极化方式是水平极化、垂直极化、+45°极化和-45°极化等,分别的示例如下:

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图1.水平极化

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图2.垂直极化

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图3.+45度极化

如果将各种极化方式组合到一起,就有了更多的极化方式:

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图4.垂直水平双极化

请注意,接收天线的极化方式必须和发射天线一致,否则会存在极化损失。

5. 方向图

发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去,基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。

描述天线在各个方向辐射情况的图例,就称之为天线的方向图。

下图是天线立体方向图的一个实例:

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图5.立体方向图

因为立体的绘制困难,我们也经常用水平面方向图和垂直面方向图来表示,如下是水平方向图的一个例子:

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图6.水平方向图

6. 波束宽度

天线的方向图通常都有两个或者多个瓣,其中辐射强度最大的是主瓣,其余被称为副瓣或者旁瓣。在主瓣最大辐射方向的两侧,辐射强度降低3dB(功率密度降低一半)的两点间的夹角称为波束宽度(也称波瓣宽度或者主瓣宽度)。波束宽度越窄,方向性越好,抗干扰能力越强。示例如下:

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图7.波束宽度图

除了3dB的波束宽度,还有一种10dB的波束宽度,也就是说上图方向图中辐射强度降低10dB的两个点的夹角。

7. 前后比

图7波束宽度图中,前后瓣的最大值之比称为前后比,记为F/B。前后比越大,天线的后向辐射越小。一般前后比的典型值为18~30dB,特殊情况下则要求达到35~40dB。

同样,天线还具有端口隔离度,无源互调等多种指标。天线的选型是比较复杂的事情,需要考虑方方面面的指标和因素,有的复杂地理位置环境下还要考虑外形、重量等等。由于偶们这里是基础篇,就不展开罗嗦了,希望以后的专题篇还可以跟大家分享^-^