天线理论 - 基本参数

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本章讨论了基本的通信参数，以便更好地了解使用天线的无线通信。无线通信以波的形式进行。因此，我们需要了解通信中波的特性。

在本章中，我们将讨论以下参数：

• 频率
• 波长
• 阻抗匹配
• 驻波比和反射功率
• 带宽
• 百分比带宽
• 辐射强度

现在，让我们详细了解一下。

频率

根据标准定义，“波在特定时间内重复出现的速率称为频率。”

简单来说，频率指的是事件发生的频率。周期波每‘T’秒（周期）重复一次。周期波的频率就是周期的倒数（T）。

数学表达式

数学上，它写成如下所示。

$$f = \frac{1}{T}$$

其中

• f是周期波的频率。

• T是波重复的周期。

单位

频率的单位是赫兹，缩写为Hz。

上图表示正弦波，这里绘制的是毫伏电压对毫秒时间的曲线图。该波每 2t 毫秒重复一次。因此，周期 T=2t 毫秒，频率 $f = \frac{1}{2T}KHz$

波长

根据标准定义，“两个连续最大点（波峰）之间或两个连续最小点（波谷）之间的距离称为波长。”

简单来说，两个相邻的正峰值或两个相邻的负峰值之间的距离就是该波的长度。它可以被称为波长。

下图显示了一个周期波形。图中表示了波长 (λ) 和幅度。频率越高，波长越短，反之亦然。

数学表达式

波长的公式为：

$$\lambda = \frac{c}{f}$$

其中

• λ 是波长

• c 是光速（$3 * 10^{8}$ 米/秒）

• f 是频率

单位

波长λ以长度单位表示，例如米、英尺或英寸。常用的术语是米。

阻抗匹配

根据标准定义，“当发射机的阻抗近似值等于接收机的阻抗近似值，反之亦然时，称为阻抗匹配。”

天线和电路之间需要进行阻抗匹配。天线的阻抗、传输线和电路应匹配，以便在天线和接收器或发射器之间实现最大功率传输。

匹配的必要性

谐振器是在某些窄频带频率下提供更好输出的器件。天线就是这样一种谐振器，如果其阻抗匹配，则可以提供更好的输出。

• 如果天线阻抗与自由空间阻抗匹配，则天线辐射的功率将有效地辐射出去。

• 对于接收天线，天线的输出阻抗应与接收器放大器电路的输入阻抗匹配。

• 对于发射天线，天线的输入阻抗应与发射器放大器的输出阻抗以及传输线的阻抗匹配。

单位

阻抗 (Z) 的单位是欧姆。

驻波比和反射功率

根据标准定义，“驻波中最大电压与最小电压之比称为电压驻波比。”

如果天线的阻抗、传输线和电路彼此不匹配，则功率将无法有效辐射。相反，部分功率会被反射回。

主要特征如下：

• 表示阻抗失配的术语是驻波比。

• 驻波比代表电压驻波比。它也称为SWR。

• 阻抗失配越大，驻波比的值越高。

• 为了有效辐射，驻波比的理想值为 1:1。

• 反射功率是从正向功率中浪费掉的功率。反射功率和驻波比都表示同一件事。

带宽

根据标准定义，“为特定通信指定的波长中的频率带称为带宽。”

信号在传输或接收时，是在一定频率范围内进行的。这个特定的频率范围分配给特定的信号，以便其他信号不会干扰其传输。

• 带宽是信号传输的较高频率和较低频率之间的频率带。

• 一旦分配了带宽，其他人就不能使用。

• 整个频谱被划分为带宽，分配给不同的发射器。

我们刚才讨论的带宽也可以称为绝对带宽。

百分比带宽

根据标准定义，“绝对带宽与该带宽中心频率之比可以称为百分比带宽。”

频率带内信号强度最大的特定频率称为谐振频率。它也称为该频带的中心频率 (fC)。

• 较高和较低频率分别表示为f_H 和 f_L。

• 绝对带宽由f_H - f_L给出。

• 要了解带宽有多宽，必须计算分数带宽或百分比带宽。

数学表达式

计算百分比带宽是为了了解组件或系统可以处理多少频率变化。

$$百分比带宽 = \frac{绝对带宽}{中心频率} = \frac{f_{H} - f_{L}}{f_{c}}$$

其中

• ${f_{H}}$ 是较高频率

• ${f_{L}}$ 是较低频率

• ${f_{c}}$ 是中心频率

百分比带宽越高，信道的带宽越宽。

辐射强度

“辐射强度定义为单位立体角的功率”

从天线辐射出的辐射在特定方向上更强，表示该天线的最大强度。最大限度地发射辐射就是辐射强度。

数学表达式

辐射强度是通过将辐射功率乘以径向距离的平方得到的。

$$U = r^{2} \times W_{rad}$$

其中

• U 是辐射强度

• r 是径向距离

• W_rad 是辐射功率。

上述公式表示天线的辐射强度。径向距离的函数也表示为Φ。

单位

辐射强度的单位是瓦特/球面度或瓦特/弧度²。