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我们最常见的12种天线。
1、水平半波偶极天线(DipoleAntenna),也称DP天线
这种天线,由两根长度相等的导体,水平或倾斜架设而成,是一种最简单、最基本的天线。
天线的总长度大概等于半波长的95%,两个振子都是1/4波长的95%。
该天线的辐射方向,是以天线为对称轴,馈电点为切点的两个圆。
除了水平架设以外,GP天线还可以倒V(正V)架设——天线的夹角在110度至120度之间,通过改变了发射仰角,来协调远距离和近距离的通信。
有时候,会在巴伦(一种连接振子和电缆的三端口器件)上加装多对振子,使天线能够工作在更多的波段上。
5波段短波倒V天线(看上去像雨伞的伞骨)
除了水平和倒V,DP天线还衍生出了很多其它种类的天线。
2、垂直单极天线(VerticalAntenna),也称GP天线
GP天线就是源自偶极天线的一种变形天线。
天线底端通过与馈线的内导体相连,馈线的外导体与地网相连,水平方向上辐射是一个圆。因此,该天线在各个方向上的接收和发射能力相同,适合做全向接收发射。
通常,移动手持设备采用GP天线居多。
此外,我们经常在户外爱好者越野车上看到的天线,也是一种垂直GP天线,工作在U/V波段。
3、温顿天线(WindowAntenna),又称偏馈半波天线
这种天线多半是用一根单导线制成,馈线也是单导线,接在偏离中心点14%的地方,普遍的情况是用作接收天线,也有做发射天线的。
温顿天线因为占地小,便于携带,适合无线电爱好者使用。
4、八木天线(YagiAntenna)
大名鼎鼎的八木天线,1925年由当时的日本东北大学担任部长的八木秀次和宇田新太郎发明。“Yagi”是八木的英文拼写,并不是说有“八根木头”。
这种天线由多个单元组成,并且具有较强的方向性,引向器越多,方向性越强,增益也越高。
八木天线可以在多个波段上工作,有时候也用于无线电测向。
5、碟形天线(DishAntenna)
专门用于长距离通讯的高方向性天线,有极窄的波束宽度与很高的增益值,也可称为高增益指向性天线。
H是英文水平的意思,V是英文垂直的意思。
不知道大家有没有这样的疑问:
Q1:为啥“大哥大”会带一个拉伸的杆子?
Q2:杆子长短、方向是否与接收效果存在某种神秘的联系?
Q3:现在手机是不需要杆子了吗?
答:(1)其实,大哥大的杆子和以前老版收音机、电视机的杆子是一样的。这些个杆子本质上是伸缩天线,属于天线中的一种。(2)天线的长短、方向的确与接收效果有联系。(3)现在的手机也是需要天线的,它并没有消失,而是随着技术的进步,天线被藏进了手机里。
本周,我们将一起揭开天线的神秘面纱~由于内容较多,我们将分为上、下两期。参考文献见下期
阅读本文,你将了解到:
「1」天线是什么?(上期)
「2」天线是如何发射信号的(上期)
「3」天线的下倾(下期)
天线的英文是Antenna,原意为触须。
用昆虫通过头顶长触须发送信息进行群体交流类比天线的工作过程。
触须通过化学物质进行社交信息的传递,而天线则通过向空间的某特定方向辐射电磁波进行信号传递。譬如,无线通信就是天线通过电磁波传递信息的(传递的是承载着有用信息的电磁波;天线是基站和手机发射信号用的)。下图就是手机和基站之间相互通信的一个示例。
也许有人看到这里,还是有点云里雾里的,那我们再通过一个简短的例子,让大家了解一下啥是天线:我们用人与人之间的沟通交流来类比,天线就是我们的耳朵与嘴巴,我们通过嘴巴把声音转换成声波发出去,声波在空气中进行传播,最后被我们的耳朵听到。在通信系统中,天线就起到嘴巴和耳朵的作用,不同的是天线既可以发送电磁波又可以接收电磁波。
【简单总结】:
天线之所以牛逼是因为电磁波(电磁波是无需介质即可传播的);在无线电设备中,天线是用来接受和辐射无线电波的装置。说直白点,就是天线在扮演“转换器”的角色,把传播线上的导行波,变换成在自由空间传播的电磁波,或者进行相反的交换。「ps:什么叫导行波?简单来说,导行波就是一种电线上的电磁波」
知道了大概,那是不是更好奇天线是如何发射信号的了?
那接着往下看吧~
天线是基站和手机发射信号用的。手机大家都不会陌生吧。不陌生的话,我们就直接看基站哈~(基站长相:如下图所示)
相信看了基站的照片很多人都是认得。那,西瓜小编请你抬起头仔细看基站铁塔的最上端。仔细瞧,你就会看见一些板状的东西。而这就是:通信天线!没错了,就是它经常和手机直接眉目传情的。
很清晰,定向天线就是由振子,反射板,馈电网络和天线罩组成。至于这些内部结构是怎么实现定向发射接收信号的功能呢?
这一切就要从电磁波说起。
英国科学家麦克斯韦提出电磁辐射预言:电流能在其周边产生电场,变化的电场产生磁场,变化的磁场又产生电场。而该预言在1887年由赫兹的实验所证实。对于物理不是很好的友友,我们简言之,就是:电生磁,磁生电~
有了电场,就有了磁场,有了磁场,就有了电场,如此循环,就有了电磁场和电磁波···
ps:电磁波的传播是不需要任何介质的哈。它甚至可以在真空中传播~~接下来,大概清楚了电磁波的由来,我们继续回归正题。天线是怎么把电磁波发送出去的呢?
看完下图就明白了:
·两根平行导线,有交变电流时,就会形成电磁波辐射。可是,导线平行的时候,电磁波会被束缚在平行的线缆中。那么看看改变两根电缆的的角度看看有什么变化呢?
扩展:这两根导线叫做“振子”。通常,两臂长度相同,所以叫对称振子(对称振子是迄今最为经典,使用最为广泛的天线)。一般情况下,振子的大小在半个波长的时候效果最好,所以经常被称作“半波对称振子”。
有了振子,电磁波就可以源源不断地往外发射了。如图所示。
当然,真实的振子是长下图这样的。
其实上面这个只是振子的一个传统形态,它还有N种变(身)态:
好了,具体振子造型还是很多的,就不进行深入探讨了。接下来,继续看看这半波振子把电磁波向空间传播的后续问题:信号问题。信号强度在空间上的分布并不均匀,像是轮胎一样的环形。水平方向信号强,但垂直方向很弱。(如图所示)
有人说,那信号的问题是不是就是加强垂直方向的!错,现实情况下是需要加强水平方向的辐射范围。why?
因为需要打电话的人都在地上;垂直方向就到高空了,高空中也没啥需要边飞边刷抖音的人(航线覆盖问题暂且不讨论)。所以,知道水平方向的辐射范围需要加强,但具体怎么加强呢?
答:拍它!!!
啪叽:
水平辐射距离是不是肉眼可见的变远了····嘻嘻,这道理好像很简单,可问题是:辐射这玩意,看不见抓不着!你想拍它,也拍不着啊····
在天线理论里,如果你想拍这一下,正确做法是——增加振子。
振子越多,“轮胎“就越扁·····
在一般的宏基站系统中,定向天线的使用最为普遍。一般情况下,一个基站会被划分为3个扇区,用3个天线来覆盖,每个天线覆盖120度的范围。
从上图我们可以清楚地看出,这个基站由三个扇区组成,用了3个射频单元,也就需要三副定向天线来实现。
上面这个示意图更为直观一些。基站位于圆心,把一个大饼分为3份,每份都是一个120度的扇形区域,因此叫做三扇区。
那么,天线是怎样实现电磁波的定向发射呢?
给振子增加反射板,把本该向另外一边的辐射的信号反射回来不就行了么?然后,配合多个振子,进行“聚焦”。
就这样通过增加振子让电磁波在水平方向传得更远,再通过增加反射板控制方向,实现定向传播。总之,经过这两下折腾,定向天线的雏形诞生,电磁波的发射方向如下图所示:
水平方的主瓣辐射强度最强,向远处发射;垂直方向也会产生上旁瓣和下旁瓣,同时由于反射不完全,后面还会有尾巴,称为后瓣。
本周,关于天线是如何发射信号的部分,我们到此结束啦,感兴趣的可以课后深入了解一下哈~
ps:很多小编都觉得,这造型有点像··茄子奥
那对于这个“茄子”,你可以想一想,怎样才能最大化利用它进行信号覆盖呢?(这部分问题,我们将在下一部分概述)
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