关于天线

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        通信,雷达,导航,广播,电视等无线电技术设备,都是通过无线电波来传递信息的,都需要有无线电波的辐射和接收,在无线电技术设备中,用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。

        显然,天线的作用首先在于辐射和接收无线电波。但是能辐射和接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。任何高频电路,只要不被完全屏蔽,都可以向周围空间或多或少的辐射电磁波,或者接收电磁波。但是任意一个高频电路并不一定作为天线,因为它的辐射或接收效率可能很低。所以天线在结构和形式上必须满足一定的要求。

        比如,平行的双导线就不能作为天线,因为它在周围空间激发的电磁场很弱。但改进结构后可变为天线。终端开路的平行双导线,线上的电流呈驻波分布,在两根相互平行的导线上电流方向相反,线间距远远小于波长,它们所激发的电磁场在两线外部的大部分空间由于相位相反而互相抵消。如果将两线末端逐渐张开,辐射将会逐渐增强发,当两线完全张开时,张开的两臂上电流方向相同,它们在周围空间激发的电磁场只在一定方向由于相位关系而互相抵消,在大部分方向则或者互相叠加,或者部分叠加,部分抵消,使辐射显著增强,形成一种辐射,这种机构就是天线。

        同理,将微带线通过变形也可以得到一种天线结构,这种结构的天线称为微带天线。

1. 天线分类

        天线的型式很多,为了便于研究,可以根据不同的情况进行分类:

        按用途分类,有发射天线,接收天线的,和收发共用天线;

        按使用范围,有通信天线,雷达天线,导航天线,测向天线,广播天线,电视天线等;

        按天线方向特性:强方向性天线,弱方向性天线,定向天线,全向天线,针形波束天线,扇形波束天线;

        按天线极化特性:线极化天线,圆极化天线,和椭圆极化天线;按天线频带特性:窄频带天线,宽频带天线,超宽频带等;

        按馈电方式:对称天线和非对称天线;

        按天线上的电流:行波天线和驻波天线。

        微带天线是一种发展较晚的天线,可以分成三种基本类型:微带贴片天线,微带行波天线,微带缝隙天线。其中,微带贴片天线又根据不同的贴片形状分为:正方形,矩形,五角形,三角形,圆形,椭圆形,圆环形等。

2. 研究天线的基本方法

        研究天线问题实质是研究天线所产生的空间电磁场分布,以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。空间任一点电磁场满足电磁场方程------Maxwell方程和边界条件,也就是说天线研究的问题是求解特定条件下的麦克斯韦方程。特定条件就是激励条件,边界条件,和辐射条件。求解电磁场的方法通常由麦克斯韦方程直接求解或的间接法。直接法相对较难求解,而对于天线求出导体的电流分布再求空间的场分布这样就将麦克斯韦方程变为求解导体电流的积分问题。往往在实际问题上将条件理想化,借助计算机求得近似结果,产生了数值法。

        数值法包含离散化的问题,原因在积分或微分方程中都是连续函数,在电子计算机所能处理的函数都是离散函数。随着计算机的发展对微波和天线的计算方法也产生了许多如有限差分法、有限元法、矩量法等。

        有限差分法利用差分法转化为代数方程组,而后利用计算机求解数值,它把电磁场连续场域内的问题变为离散系统问题,利用各离散点上的数值解来逼近连续场域内的真实解,这种近似的计算法为有限差分法。

        有限元法是将所要分析的连续场分割为很多较小的区域,这些区域单元的集合代表原来的场,然后建立每个单元的公式,再组合起来就能求得连续场的解。

        矩量法(MOM)是一种将连续方程离散化为代数方程组的方法。 利用各种数值方法从而产生了多种电磁仿真技术。

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