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天線理論 - 基礎
需要表達想法、觀點或疑問的人,可以透過語音通訊來實現。
下圖顯示了兩個人互相交流。這裡,通訊是透過聲波進行的。但是,如果兩個人相距較遠,則必須將這些聲波轉換成電磁波。將所需資訊訊號轉換成電磁波的裝置稱為天線。
什麼是天線?
天線是一種換能器,它可以將電能轉換為電磁波,反之亦然。
天線可以用作發射天線或接收天線。
發射天線將電訊號轉換成電磁波並輻射出去。
接收天線將接收到的電磁波轉換成電訊號。
在雙向通訊中,可以使用相同的的天線進行發射和接收。
天線也可以稱為天線(Aerial)。其複數形式為天線 (antennae) 或天線 (antennas)。如今,天線根據其尺寸和形狀發生了許多變化。根據其各種應用,存在許多型別的天線。
以下圖片是不同型別天線的示例。
在本節中,您將學習天線的基本概念、規格和不同型別的天線。
天線的需求
在通訊系統領域,每當需要無線通訊時,就需要天線。天線能夠傳送或接收電磁波進行通訊,在無法鋪設線路系統的地方,天線就顯得尤為重要。以下場景對此進行了說明。
場景
為了聯絡偏遠地區,必須沿整個路線鋪設線路,包括山谷、山脈、崎嶇的小路、隧道等,才能到達偏遠地區。無線技術的進步使整個過程變得非常簡單。天線是這項無線技術的關鍵元素。
在上圖中,天線幫助在整個區域(包括山谷和山脈)建立通訊。這個過程顯然比在整個區域鋪設線路系統更容易。
輻射機制
天線的唯一功能是功率輻射或接收。天線(無論是發射、接收還是兩者兼有)都可以透過傳輸線連線到站點的電路。天線的功能取決於傳輸線的輻射機制。
設計用於以最小損耗傳輸大距離電流的導體稱為傳輸線。例如,連線到天線的導線。以均勻速度傳輸電流且長度無限的直線傳輸線不輻射功率。
為了使傳輸線成為波導或輻射功率,必須對其進行相應的處理。
如果需要輻射功率,即使電流以均勻速度傳導,導線或傳輸線也應彎曲、截斷或終端。
如果這條傳輸線上的電流隨時間變化的常數加速或減速,那麼即使導線是直的,它也會輻射功率。
如果彎曲或終端以輻射能量的裝置或管道,則稱為波導。這些尤其用於微波傳輸或接收。
透過觀察下圖可以很好地理解這一點:
上圖表示一個充當天線的波導。來自傳輸線的功率透過具有孔徑的波導傳播,以輻射能量。
天線的基本型別
根據以下幾點,天線可以分為各種型別:
天線的物理結構。
工作頻率範圍。
應用模式等。
物理結構
以下是根據物理結構劃分的幾種天線型別。您將在後面的章節中學習這些天線。
- 線天線
- 孔徑天線
- 反射天線
- 透鏡天線
- 微帶天線
- 陣列天線
工作頻率
以下是根據工作頻率劃分的幾種天線型別。
- 甚低頻 (VLF)
- 低頻 (LF)
- 中頻 (MF)
- 高頻 (HF)
- 甚高頻 (VHF)
- 超高頻 (UHF)
- 特高頻 (SHF)
- 微波
- 無線電波
應用模式
以下是根據應用模式劃分的幾種天線型別:
- 點對點通訊
- 廣播應用
- 雷達通訊
- 衛星通訊