4-3-2 天线的本质

当电路发射无线电波时,天线作为接收无线电波的出入口。本节中引入了一些表述天线功能的术语。

(1) 易于发射无线电波的天线

施加电压或电流时,发射较强无线电波的天线被视为高效天线。通常天线形状越大,越容易发射无线电波。这个性质将在下述章节内讲述。

发射的强度与天线接收的功率呈比例关系。接收的功率随着施加到天线的电压或电流升高而变大。但也会受到如图4-3-4所示的天线和信号源之间的匹配阻抗水平所影响。

此外,易于发射无线电波的天线也易于高效接收无线电波。本节着重于在这个天线本质的前提下阐释噪声发射。接收无线电波的匹配阻抗利用了与天线相连的负载阻抗。

请注意,本节中所述的高效天线不同于天线理论内提及的高增益天线。还要注意本节阐释的前提是天线本身不会有任何损耗。

Radio wave emission and impedance matching

图4-3-4 无线电波发射和阻抗匹配

(2) 极化和天线方向

空中传输无线电波的电场和磁场方位称为极化。天线对这种极化有一个高度敏感的方向。图4-3-5展示了基本天线的方向。

偶极子天线在天线元件的伸展方向(以下称为“天线轴”)对电场高度敏感,且不接收垂直于这些元件的电场信号。因为发射无线电波也是这样,所以不会产生垂直于此轴的电场。

对于环形天线而言,在垂直于环形平面的方向上存在一个轴,天线对这个轴向的磁场高度敏感。感应不到垂直于此轴(平行于环形平面)的磁场。

Polarization of radio wave and antenna direction

图4-3-5 无线电波的极化和天线方向

(3) 发射模式

天线不是再所有方向上都均匀地发射。发射的强度会随方向变化。这就叫做发射模式。尽管在一个方向上集中发射的天线被视为具有良好的指向性,但噪声抑制并不需要天线有良好的指向性。

图4-3-6展示了基本天线的发射模式。如图所示,即使方位不同,偶极子天线和环形天线的发射模式均具有相同的形状。但这些发射模式仅适用于天线尺寸相对波长而言很小的情形。如果频率升高,天线的尺寸相对波长而言就不可忽略,这会让发射模式出现变化。另请注意这些只代表了作为无线电波发射的元件,而天线附近的电磁场分布是与此不同的。

Emission pattern of basic antenna (for low frequencies)

图4-3-6 基本天线的发射模式(低频)

以下章节讲述了这些基本天线的本质及其与噪声发射的关系。首先阐释偶极子天线,随后在此基础上进一步阐释环形天线。

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