关于天线你必须要知道的

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近些年RFID射频识别技术的快速发展,从RFID技术原理上看,RFID标签性能的关键在于RFID标签天线的特点和性能,由此从根源上又兴起了对天线的研究和学习。天线是一种能量变换器,把馈线传来的电信号转换为电磁波,或者接收电磁波转化为电信号通过馈线传输给接收机。天线作为电台收发信号的装置,不管实在实际生活中还是在射频系统的学习研究过程中,天线都占据着举足轻重的作用,其重要性不言而喻。
 
天线
 
一、关于增益
 
电波是一种能量,根据能量守恒定律,高增益天线并不是把电波的总能量增强了,而是把电波集中到较窄的某一空间,在该空间的电波密度得到加强。低增益天线把电波散射到较广的空间。
 
最合适的比喻就是手电筒,天线相当与手电筒的反射镜,调整手电筒反射镜,可能让光线聚焦在一个较小的点上,你会发现被照射的这个点很亮,但周边比较暗,适合看较远物品,视野窄;把手电筒调到散光状态,周边光线强度都比较平均,适合看近距离物品,视野广。
光波能量守恒,在同一条件下,手电筒的反射镜并没有改变灯泡的自身的发光亮度。电波的也一样,天线并没有改变发射机的功率,更加没有放大发射机的功率。
 
二、关于发射(仰)角
 
1、短波
 
天线的发射角主要包括水平发射角和垂直发射角,在这一小节,我们只讨论水平发射角(也就是我们短波通信中常叫的“发射仰角”)。
 
短波通联,要玩的痛快,就必须掌握发射仰角与波瓣一些常识,楼主已经分析的很透彻,在这里用通俗的方式描述一下,天线发射仰角越小,通过电离层一次发射跳跃的距离越远,适合远距离通信,一般情况下,发射仰角小于30度的天线适合远距离DX通信,如高架设的多单元短波八木天线,但近距离通信会出现盲区,这类天线不适合国内(省内)通联。
 
我们会发现,国内通联,高发射仰角的倒V天线,综合效果往往会比高增益的八木天线效果好,斜拉天线仰角更大,通常500公里以内的短波无盲区通信会使用。
 
根据经验,发射仰角的30-60度的适合国内中短距离通联,发射仰角的小于30度的适合远距离DX,发射仰角的小于20度的,适合猎奇,如南美东岸。
 
天线架设高度与发射仰角(增益)有很大关系,默认情况,天线的设计增益参考高度都是1/2波长高度,比如,一个设计发射仰角为25度(增益为12dbi)的对数周期短波天线,如果架设高度只有1/4波长高度,发射仰角可能会变成40度,增益也会降到大概9dbi;如果架设高度达到1个波长高度,发射仰角可能会变成小于20度,增益也会增加到13dbi以上。
 
条件好的比赛基地,通常会使用可升降塔来安装定向天线,这样不单是因为防风的问题,更主要因数是参赛者可以按照通联的目的地距离,升降天线高度,来改变天线增益和发射仰角,达到通联不同地区的目的。
 
关于波瓣,楼主说的非常清晰了,通常,短波天线的架设高度和波瓣数量有很大关系,架设高度大于1/2波长时,波瓣会增加,大于1个波长时,波瓣会变的尖锐,多个尖锐波瓣对于DX主叫是一件好事,通常会有很好的收获,滩主很容易就做成了,这种方式我们通常笑话是“对多个特定地区播种”。
 
天线
 
2、超短波(U/V段)
 
在U/V段,通常采用垂直极化方式,视距传播,发射角一般有两个含义,一是水平发射角、一个是垂直发射角。
 
全方向的GP天线垂直发射角是360度,水平发射角因为增益不同而不同,增益越大,水平发射角越小,假如是一个增益10dbi的玻璃钢天线,水平发射角大约是25度,U/V段GP天线主要通过改变水平方向上的电波密度,实现改变增益。
 
对数周期天线具有较强的方向性,垂直发射角跟对数周期天线的单元数目关系最大,水平发射角次之,一个12单元的U段八木,垂直发射角发射角大约是30度,水平发射角35度,U/V段对数周期天线主要通过改变垂直方向上的电波密度,实现改变增益。
 
对于使用U/V段中继,了解垂直发射角与水平发射角非常有必要。
 
架设在城市高楼的中继台,为了确保中短距离的中继效果,一般会选择较低增益的玻璃钢天线(约6DBI),因为低增益GP天线的水平发射角较大,减少了近距离中继盲区。
一般高山中继会采用高增益玻璃钢天线(大于10DBI),较小的水平发射角,满足了中远距离的中继通信需要。
 
对于使用中继的电台,天线的选型也一样,经常在中继台5公里范围内上中继的电台,尽量使用低增益,较大水平发射角的天线,如果使用高增益GP天线,会出现中继覆盖盲区,效果反而会变差。对于经常使用30公里以上远程中继的电台,建议使用高增益的天线。
 
三、关于天线阵
 
先来看看天线阵的几种组阵方法:
 
1、等幅并行馈电组阵:
 
用于同一指向、同一结构的天线组阵,各单元天线输出的功率相同、相位相同,同方向的增益加大,这是我们业余无线电常用的组阵方法。
 
2、中央串行馈电组阵:
 
用于同一结构的天线组阵,各单元天线的功率和相位对应,用于分解承受大功率,如电视发射塔天线、雷达天线等。
 
3、总线馈电组阵:
 
用于多个方向天线组阵,各单元天线的功率和相位不同,可以根据控制系统进行分配。
再来看看我们生活应用最广的天线阵:
 
1、电视信号接收天线阵:
 
我们要接收不同方向电视发射站的信号,往往需要多个不同方向的八木天线接收,通过合路器连接到电视机,往往还包括VHF、UHF不同频率的天线进行合路,最典型的案例就是在深圳了,周遍各方向有数十个电视发射站信号,包括深圳、香港、珠三角等地。
 
在我们工作室,要接收时下最流行的地面数字高请电视,我使用三个八木天线进行合路,一个7单元水平极化八木天线接收深圳台节目(正东方向,706MHZ);用了一个5单元垂直极化八木天线接收央视高清节目(正东方向,786MHZ,真不明白电视台采用垂直极化发射的目的,估计不想太多人看到,影响有线电视的生意);用了一个3单元4阵列的水平极化八木阵(同方向中央串行馈电组阵)用于接收香港高清信号(东南方向,586、602、650MHZ)。三个天线合路到一个数字接收机,苦难重重,两个或三个天线可能同时接收到同一发射站信号,出现信号抵消想象,采用了物理隔离办法(阻挡非接收方向)、滤波隔离(只允许某一频率通过),终于把能收到的22个地面无线高清节目通过一根馈线全部拿下。
这个小试验,是一个大的“总线馈电”天线阵中还包括了一个“串行馈电”子天线阵,可以看出采用“总线馈电组阵”的难度比较大,影响因数比较复杂。
 
天线
 
2、蜂窝移动电话天线阵:
 
蜂窝移动是贝尔实验最伟大的发明,改变了整个世界的生活方式,蜂窝移动电话系统的核心之一就是数字控制天线阵,整个蜂窝系统其实就是一个庞大的数以万计的蜂窝天线阵,这是一项非常成熟的应用技术,在这里,我们只简单解剖一下单个基站天线阵的情况。
 
现在的蜂窝移动基站一般由多个天线组成,每个天线有一定的发射角,有低容量的120度3天线阵基站,也有高容量的60度6天线阵基站,甚至更多的,等等。360度多天线系统,主要功能有二,一是解决数据通信用户容量问题,二是解决了天线增益与信噪比问题,我们来看看用户位置与基站天线的选择,系统是通过计算机软件控制,根据用户到基站各天线之间的信号强度,电子合路切换,选择所需的天线。
 
蜂窝移动的天线阵技术虽然很成熟,但要在我们业余无线电里应用,难度还是非常大,假如我们想做一套4个或六个方向的360度覆盖的八木阵,通过计算机,根据来源信号强度来控制所需的收发天线,需要投入资金不是一般个人能承受的。
 
 
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