環(huán)形天線理論與設(shè)計(jì)PDF電子書免費(fèi)下載

　　天線簡介

　　天線（antenna）是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波，變換成在無界媒介（通常是自由空間）中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換。在無線電設(shè)備中用來發(fā)射或接收電磁波的部件。無線電通信、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對(duì)抗、遙感、射電天文等工程系統(tǒng)，凡是利用電磁波來傳遞信息的，都依靠天線來進(jìn)行工作。此外，在用電磁波傳送能量方面，非信號(hào)的能量輻射也需要天線。一般天線都具有可逆性，即同一副天線既可用作發(fā)射天線，也可用作接收天線。同一天線作為發(fā)射或接收的基本特性參數(shù)是相同的。這就是天線的互易定理。

　　天線原理

　　導(dǎo)體上通以高頻電流時(shí)，在其周圍空間會(huì)產(chǎn)生電場 與磁場。按電磁場在空間的分布特性，可分為近區(qū)，中間區(qū)， 遠(yuǎn)區(qū)。設(shè)R為空間一點(diǎn)距導(dǎo)體的距離，在R《 λ/2π 時(shí)的區(qū)域稱近區(qū)，在該區(qū)內(nèi)的電磁場與導(dǎo)體中電流，電壓有緊密的聯(lián)系。

　　在R》λ/2π的區(qū)域稱為遠(yuǎn)區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)電磁場能離開導(dǎo)體向空間傳播，它的變化相對(duì)于導(dǎo)體上的電流電壓就要滯后一段時(shí)間，此時(shí)傳播出去的電磁波已不與導(dǎo)線上的電流，電壓有直接的聯(lián)系了，這區(qū)域的電磁場稱為輻射場。

　　發(fā)射天線正是利用輻射場的這種性質(zhì)，使傳送的信號(hào)經(jīng)過發(fā)射天線后能夠充分地向空間輻射。如何使導(dǎo)體成為一個(gè)有效輻射體導(dǎo)系統(tǒng)呢？這里我們先分析一下傳輸線上的情況，在平行雙線的傳輸線上為了使只有能量的傳輸而沒有輻射，必須保證兩線結(jié)構(gòu)對(duì)稱，線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)電流大小和方向相反，且兩線間的距離《π。要使電磁場能有效地輻射出去，就必須破壞傳輸線的這種對(duì)稱性，如采用把二導(dǎo)體成一定的角度分開，或是將其中一邊去掉等方法，都能使導(dǎo)體對(duì)稱性破壞而產(chǎn)生輻射。

　　環(huán)形天線的工作原理

　　環(huán)形天線和人體非常相似， 有普通的單極或多級(jí)天線功能。再加上小型環(huán)形天線的體積小、高可靠性和低成本，使其成為微小型通信產(chǎn)品的理想天線。典型的環(huán)形天線由電路板上的銅走線組成的電回路構(gòu)成，也可能是一段制作成環(huán)形的導(dǎo)線。其等效電路相當(dāng)于兩個(gè)串連電阻與一個(gè)電感的串連。Rrad 是環(huán)形天線實(shí)際發(fā)射能量的電阻模型，它消耗的功率就是電路的發(fā)射功率。

　　假設(shè)流過天線回路的電流為I，那么Rrad 的消耗功率，即RF 功率為Pradiate=I2·Rrad。電阻Rloss 是環(huán)形天線因發(fā)熱而消耗能量的電阻模型，它消耗的功率是一種不可避免的能量損耗，其大小為Ploss=I2·Rloss。如果Rloss》Rrad，那么損耗的功率比實(shí)際發(fā)射的功率大，因此這個(gè)天線是低效的。天線消耗的功率就是發(fā)射功率和損耗功率之和。實(shí)際上，環(huán)形天線的設(shè)計(jì)幾乎無法控制Ploss 和Prad，因?yàn)镻loss 是由制作天線的導(dǎo)體的導(dǎo)電能力和導(dǎo)線的大小決定的，而Prad 是由天線所圍成的面積大小決定的。