天线理论 - 环形天线



一个载有射频电流的线圈绕成单匝环路,可以用作一种称为环形天线的天线。通过该环形天线的电流同相位。磁场垂直于整个载流环路。

频率范围

环形天线的操作频率范围约为300MHz至3GHz。该天线工作在超高频 (UHF) 范围内。

环形天线的构造和工作原理

环形天线是一个载有射频电流的线圈。根据设计者的方便,它可以是圆形、矩形、三角形、方形或六边形等任何形状。

环形天线有两种类型。

  • 大型环形天线
  • 小型环形天线

大型环形天线

大型环形天线也称为谐振天线。它们具有较高的辐射效率。这些天线的长度几乎等于预期的波长。

$$L =\lambda$$

其中,

  • L 是天线的长度

  • λ 是波长

该天线的主要参数是其周长,约为一个波长,并且应为封闭环路。为了减小尺寸而使环路弯曲不是一个好主意,因为这会增加电容效应并导致效率降低。

小型环形天线

小型环形天线也称为磁环天线。这些天线谐振性较低。它们主要用作接收器。

这些天线的尺寸为波长的十分之一。

$$L =\frac{\lambda}{10}$$

其中,

  • L 是天线的长度

  • λ 是波长

小型环形天线的特点是:

  • 小型环形天线具有低辐射电阻。如果使用多匝铁氧体芯结构,则可以获得高辐射电阻。

  • 由于损耗高,其辐射效率低。

  • 其结构简单,尺寸和重量小。

由于其高电抗,其阻抗难以与发射机匹配。如果环形天线必须充当发射天线,则这种阻抗失配肯定是一个问题。因此,这些环形天线最好用作接收天线

常用环形天线

小型环形天线主要有两种类型:

  • 圆形环形天线
  • 方形环形天线

这两种类型的环形天线最常用。其他类型(矩形、三角形、椭圆形等)也根据设计者的规格制作。

Frequently Used Loops

上图显示了圆形和方形环形天线。由于信噪比高,这些类型的天线主要用作调幅接收器。它们也易于在无线电接收器的Q值电路中进行调谐。

环形天线的极化

环形天线的极化将是垂直极化或水平极化,这取决于馈电位置。垂直极化位于垂直边的中心,而水平极化位于水平边的中心,这取决于环形天线的形状。

小型环形天线通常是线性极化的。当这种小型环形天线安装在便携式接收器顶部时,其输出连接到仪表,它就成为一个很棒的方向查找器。

辐射方向图

这些天线的辐射方向图与短水平偶极天线的辐射方向图相同。

Polarized Radiation Pattern

上图显示了小型高效环形天线的辐射方向图。图中还清楚地说明了不同环路角度的辐射方向图。0°处的切线表示垂直极化,而90°处的线表示水平极化。

优点

环形天线的优点如下:

  • 尺寸紧凑
  • 高指向性

缺点

环形天线的缺点如下:

  • 阻抗匹配可能并不总是很好
  • 具有非常高的谐振品质因数

应用

环形天线的应用如下:

  • 用于RFID设备
  • 用于中频、高频和短波接收器
  • 用于飞机接收器进行方向查找
  • 用于超高频发射器
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