通信工程师考试天线基础知识[1]

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11.2 天线基础知识

11.2.1 概述

电磁波可以在空间中或沿传输线路进行传播，天线是电波这两种传播介质的接口，是通信路径中重要的一部分。天线是无源器件，因此，发射天线所辐射的功率不可能比来自发射机进入天线的功率更大。实际上，由于损耗的存在，前者总是比后者要小。天线在某个方向上的增益是由天线在这个方向上的功率集中所致，同时还伴随着其他方向上的功率减少。

天线是互易器件，即同一种设计既可以用作发射天线，也可以用作接收天线，性能都一样地好，并且具有相同的增益。在无线通信中，通常是同一天线既用作发射，也用作接收。

从本质上来说，发射天线的任务是将沿着传输线传输的电磁能转换成在空间传播的电磁波。传输线中的能量包含在导线与导线之间的电场以及位于导线外围的磁场内。所有要做的只是将这些电磁场（以及它们所具有的能量）“发射”到空间中去。

在接收天线端，空间中的电场和磁场引起天线中的导线产生电流，因此一些能量就从这些电磁场中转移到与接收天线相连接的传输线中，并到达接收机。

1.天线增益

天线是将传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波或将空间电磁波转化成传输线中的电磁能的设备。因为天线是无源器件，所以仅仅起转化作用而不能放大信号。

图11-5所示的是最常用的全向天线的辐射方向图，它的定义是：用垂直平面和水平平面上表示不同方向辐射电磁波功率大小的曲线来表示天线的方向性。

图11-6所示的是一个理想点源在空间的方向图。图11-7为全向天线方向图与理想点源方向图对比图，可以看出全向天线在水平方向上突出了一部分（正的增益），在垂直方向上少了一部分（负的增益），全向天线是把一个方向的能量贴补到另一个方向上来实现无源增益的。

图11-6理想点源（无耗均匀辐射器）的辐射方向田图11-7全向天线与理想点源的辐射方向图对比天线增益是指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力，是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想点源在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。显然增益越高，天线波束的范围就越小。

2.天线极化

天线的极化就是指天线辐射时形成的电场强度（图中嵛头）方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波，如图11-8所示。当电场强度方向平行于地面时。此电波就称为水平极化波，如图11-9所示。

电波的极化方式有三种：水平极化、垂直极化和圆极化。不管理论上怎么计算，简单的判断方法，就是看振子的方向，振子是水平放的就是水平极化，垂直极的就是垂直极化。极化方式之所以重要，是因为要求发射方与接收方的极化方式必须一致也就是说垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，才能有好的接收效果。如果极化方式不一致，会有10dB到20dB的损失，称为极化损失。当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。

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