完全天線手冊

2021-01-09 電子產品世界

把高頻電能變為電磁場能量或把電磁場能變為高頻電能的裝置稱為天線。天線有各種各樣的形式,如直線導線、環形導線等構成的線天線和由金屬板或金屬網構成的面天線。按用途,天線可分為發射和接收兩大類。

    天線的作用就是把發射機末級迴路的高頻電流變換成電磁波並向特定的方向發射出去。接收天線則是把以自由空間為傳媒的電磁波還原為高頻電流經饋線送入接收機。由此可見,天線的作用就是在高頻電流和電磁波之間進行能量轉換。因此,從理論上講,發射天線可以當作接收天線使用, 接收天線也可以充當發射天線使用。

    目前,用於接收衛星電視廣播的天線有: 螺旋天線 (用於接收L波段電視廣播)、拋物面天線(前饋型。常用於接收C波段、Ku波段衛星電視廣播的正饋、偏饋天線)、卡塞格倫天線(後饋)、平板天線等。

    天線的主要特徵參數有:1、方向圖、主瓣寬度與副瓣電平;2、增益;3、極化;4、電壓駐波比;5、頻帶寬度;6、噪聲溫度;7、效率等。 工程上常用這些參量來衡量天線的技術特徵。接收衛星電視廣播要求接收天線具有高增益、 高效率、低噪聲、寬頻帶、天線指向調整範圍寬等特性。

電波:


在講天線之前,不能不先提一提電波。 我們製作天線的目的是為了捕捉電波,因此,在考慮天線的問題之前,絕對有必要先研究一下電波的問題。

電波傳播,主要有三種途徑:

l         直接波: 這是指從發射天線到接收天線之間,不經過任何發射,直接到達,電波就象一束光一樣,所以有人稱它為視線傳播。視線傳播這個名字也表明了這種傳播方式能夠傳播的距離不遠。這有兩個原因,首先是電波從發射點出發,其能量是以冪級數遞減的,而接收機要能良好地解調出廣播,需要一定的信號強度。所以太遠的地方,信號太弱,不足以解調。如果只是這個原因,那麼拼命提高發射功率或增加接收天線的增益,也許就可以擴大收聽的範圍了。但是,還有一個重要的問題是,地球是圓的,在地球上任何一點發出的電波,按直線前進的方向,最終將離開地球射向天空。主要是由於第二個原因,一般地講,地面上一個發射臺發出的直線波,只能傳播到70km遠處地面上的接收處。如果雙方的高度增加,那麼這個距離還可以增加,但總是有限的。所以,70km,是本地收聽的極限,實際上,由於山脈、丘陵、房屋的阻擋、反射,這個距離還要大打折扣,一般可以估計的距離是35km。

l         電離層發射波: 這是指電波通過電離層的發射達到接收方。這裡面的名堂很多。電離層本身是有多個層次的,支持短波(1.8MHz到30MHz)反射的電離層是F1和F2層。F1和F2並不是甘心反射所有的無線電波,它們能反射的最高頻率是有限的,超過這個頻率的電波完全得不到反射,而是穿過電離層射向太空。如果沒有這個特性,那麼通訊衛星就不可能存在了,通訊衛星就是在電離層外工作的。這個最高頻率叫作MUF(Max Usable Frequency)。 MUF與很多因素有關,主要是和太陽黑子活躍程度以及季節有關。太陽黑子活躍,MUF就高,天氣熱,MUF也高。MUF最高能高到多少呢?一般在太陽黑子活躍期的夏天,MUF在20MHz到 40MHz之間,很少超過50MHz。在低的時候甚至會低到10MHz以下。但是在太陽黑子異常活躍的時候,MUF也有可能偶然達到100MHz。這時候,就有可能通過F層發射收到DX FM了。但是這不是FM DX的主要形式,FM DX主要是通過另外一個電離層E層。本來E層的出現是破壞F層,所以我們不妨記F層為Friend層,E層為Enemy層。但是Es層的出現,卻會形成一個短期內密度極高的反射層。反射層的密度高,意味著能更好地反射電波。所以Es層開通的時候,DX電臺的信號會異常地強。在6米和10米業餘波段工作的業餘電臺都知道, Es層開通的時候,很小的功率,甚至5W,也有可能做DX聯絡。Es的開通,主要是提供了 800km以內電波的傳播路徑。由於信號很強,其實很多時候並不需要很好的設備就可以接收,需要的是耐心和運氣。除了這兩種反射,FM DX還有可能通過對流層反射和流星餘跡到達你的接收機。

l         地波和大氣波導: 本來來說,理論上VHF是不存在地波的。但是無數的實踐表明,VHF 也存在著某種程度的地波傳播。所以我們能穩定地接收200km左右電臺的信號。江蘇和安徽兩省的業餘電臺,每年國慶的時候都進行全省VHF移動通訊實驗,也證明了VHF電波可以在200km左右的距離得到傳播。大氣波導是另外一種可能傳播VHF電波的手段,不過人們研究得還不夠多。

          既然存在著這些可能,那麼如何知道我收到的信號是以什麼方式來的呢?一般來說,如果收到的信號來自70km以內的電臺,基本上可以認為是直接波;如果是200km以內,而且信號穩定(不一定強),那麼大概是地波;如果是800km以內,信號很強,但是極不穩定,而且偶爾才出現,多半是Es層傳播;如果距離更遠,信號很弱,大概是F層或其他形式的電離層傳播了。

    知道這些有什麼用呢?用處在於幫助我們選擇對天線的要求。比如,F層的傳播有一個特點是越距,大約500km以內的電臺是不可能通過F層的傳播來的,這個距離內的電臺信號只能以Es層來。就象在杭州想要接收臺灣的FM電臺信號,只能PNP(Plug and pray),等 Es層,那麼天線就要考慮適合Es層的特點。

 還有一個很重要的因素是極化方式,這是很容易被很多愛好者忽略的問題。電波的極化方式有三種:水平極化、垂直極化和圓極化。不管理論上怎麼計算,簡單的判斷方法,就是看振子的方向,振子是水平放的就是水平極化,垂直的就是垂直極化,圓極化不用在 FM廣播,可以不管。極化方式之所以重要,是因為要求發射方與接收方的極化方式必須一致,才能有好的接收效果。我國廣播的極化方式是水平極化,所以,接收天線也應水平架設。如果極化方式不一致,會有10dB到20dB的損失。可是,經過電離層的反射過來的電波,早就被反射得七葷八素、顛三倒四,說不定是什麼極化方式了。所以,接收DX信號,其實垂直極化也不錯,附帶的一個好處,就是可以削弱本地電臺的影響。

 

天線的特性全接觸:

l         共振: 任何天線都諧振在一定的頻率上,我們要接收哪個頻率的信號,就希望天線諧振在那個頻率上。天線諧振是對天線最基本的要求,要不然,就沒那麼多講究了,隨便扔根線出去不也是天線嘛。天線的諧振問題涉及到的主要數據是波長及其四分之一。計算波長的公式很簡單,300/f。其中f的單位是MHz,而得到的結果的單位是米。1/4波長是稱作基本振子,如偶極天線是一對基本振子,垂直天線是一根基本振子。不過天線中的振子的長度並不正好是1/4波長,因為電波在導線中行進的速度與在真空中的不同,一般都要短一些,所以有一個縮短因子。這個因子取決於材料。

l         帶寬: 這也是一個重要但容易被忽略的問題。天線是有一定帶寬的,這意味著雖然諧振頻率是一個頻率點,但是在這個頻率點附近一定範圍內,這付天線的性能都是差不多好的。這個範圍就是帶寬。 我們當然希望一付天線的帶寬能覆蓋一定的範圍,最好是我們所收聽的整個FM廣播波段。要不然換個臺還要換天線或者調天線也太麻煩了。天線的帶寬和天線的型式、結構、材料都有關係。一般來說,振子所用管、線越粗,帶寬越寬;天線增益越高,帶寬越窄。

l         阻抗: 天線可以看做是一個諧振迴路。一個諧振迴路當然有其阻抗。我們對阻抗的要求就是匹配:和天線相連的電路必須有與天線一樣的阻抗。和天線相連的是饋線,饋線的阻抗是確定的,所以我們希望天線的阻抗和饋線一樣。一般生產的饋線,主要是300歐姆、75歐姆和50歐姆三種阻抗,國外過去還有450歐姆和600歐姆阻抗的饋線。 基本偶極天線的阻抗是75歐姆左右,V型偶極天線是50歐姆左右,基本垂直天線阻抗 50歐姆。其他天線一般阻抗都不是50或75歐姆,那麼在把它們與饋線連接之前,需要有一定的手段來做阻抗變換。

  l      平衡: 對稱的天線是平衡的,如偶極天線、八木天線,而同軸電纜是不平衡的,把這兩者連接起來,就需要解決平衡不平衡轉換

       的問題。

l         增益: 天線是無源器件,但是天線是可以有增益的。這個增益當然是相對增益,是相對於基本偶極天線而言的。FM DX所用的天線,當然希望增益越高越好。不過別忘了,增益高往往伴隨著帶寬窄。

l        方向性: 不是所有的天線都有方向性的。可攜式收音機上的拉杆天線就沒有方向性。偶極天線有弱的方向性,八木等定向天線可以得到較好的方向性。好的方向性意外著能夠集中收集所需方向的電波,還有一個重要的能力就是能部分地減弱本地電臺信號的影響。但是定向天線並不是什麼情況下都好。當沒有目標而等待的時候,定向天線就有可能使你錯過天線背面的信號。所以比較合理的方式,是用一個垂直天線和一付定向天線配合使用,用垂直天線等待,聽到信號後,再用定向天線轉過去對準了聽。

l         仰角: 天線的仰角是指電波的仰角,而並不是天線振子本身機械上的仰角。仰角反映了天線接收哪個高度角來的電波最強。對於F層傳播,我們希望仰角低,可以傳播地遠,對於 Es層,電波主要是從高處來,我們希望仰角高。仰角的高低取決於天線型式和架設高度。一般來說,垂直天線具有低仰角,其他天線的仰角隨架設高度變化。

 l         架設高度: 天線有一個架設高度。這個高度實際上是兩個高度,一個高度我們考慮它的水平面高度,這個高度對於本地信號有些用,對於DX其實用處不大。第二個常常被忽略的高度是地面高度,是指天線到電氣地面的高度。比如架設在鋼筋水泥房頂的天線,雖然房子高有20米,但是天線距房頂只有1米,那麼這付天線的高度只是1米。 天線的高度對不同的天線有不同的影響,一般會影響天線的阻抗和仰角。通常我們認為天線的地面高度應在0.4個波長以上,才比較不受地面的影響。

l         駐波比:  最後介紹這個最不被中國的愛好者熟悉的特徵。 駐波比反映了天饋系統的匹配情況。它是以天線作為發射天線時發射出去和反射回來的能量的比來衡量天線性能的。駐波比是由天饋系統的阻抗決定的。天線的阻抗與饋線的阻抗與接收機的阻抗一致,駐波比就小。駐波比高的天饋系統,信號在饋線中的損失很大。

相關焦點

  • 新書預告 |《澤龜完全飼養手冊》
    新書《澤龜完全飼養手冊有鑑於此,我們在此時推出「澤龜完全飼養手冊」,內文幾乎囊括了超過80種市面上所能見到的澤龜物種,另外還有飼養、繁殖、疾病防治以及繁殖場參訪等篇幅的完整介紹,是澤龜愛好者不容錯過的工具書!
  • 石斛花茶不完全品鑑手冊(下)
    石斛花茶不完全品鑑手冊(下) 2020-05-26 04:18 來源:澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 10分鐘學會看MOSFET手冊!!
    MOS管數據手冊上的相關參數有很多,以MOS管VBZM7N60為例,下面一起來看一看,MOS管的數據手冊一般會包含哪些參數吧。
  • 天線寶寶的天線有深意,以前完全不懂,現在再看簡直毀童年!
    說起《天線寶寶》這部真人劇,知道的可能都是90後了。到00後的時候,流行的是《花園寶寶》了。只是過了這麼多年,才知道原來《天線寶寶》頭上的天線其實是有意義的,以前完全不懂,現在再看簡直是毀童年啊!
  • 壹周書單 || 新書《澤龜完全飼養手冊》限量到貨,還有贈品哦!
    前不久小編與大家分享了《澤龜完全飼養手冊》的新書預告,目前新書已經到貨,有興趣的朋友可以關注,ps:文末還備了一份福利哦
  • 新書推薦:《Creo 6.0中文版完全自學手冊》內容提要與前言必讀
    由於疫情的影響,我的Creo新書《Creo 6.0中文版完全自學手冊》(第3版)終於在日前正式出版,該書採用雙色印刷,目前在京東、當當網、新華文軒/新華書店等平臺、渠道上陸續上架銷售。本文主要介紹一下該書的內容提要和前言。
  • 915 MHz的微帶天線,基於RFID的小型天線
    所採用的天線主要分為標籤天線和讀寫器天線兩種。標籤天線是RFID系統中最易變的部分,並且其設計面臨著小型化、低損耗和低成本的實際要求,所以優化設計標籤天線在整個系統中佔有重要地位。 微帶天線以其體積小,重量輕,低剖面,易於加工以及電路繼承性能優越等優點在通信領域得到了廣泛的應用。
  • 這份手冊請收好!
    這份手冊請收好!發生雷電時,應關閉電視機、電腦,更不能使用電視機的室外天線。如果在野外遇到雷電,千萬別站在孤立的高樓、電桿、煙囪、房角房簷、大樹、高塔、廣告牌下躲雨。如找不到合適的避雷場所,則應儘量降低重心,減少人體與地面的接觸面積,可蹲下,雙腳併攏,手放膝上,身體向前屈,如披上雨衣,防雷效果更好。
  • PREMO聯手世強 繼續擴大RFID汽車天線解決方案市場
    打開APP PREMO聯手世強 繼續擴大RFID汽車天線解決方案市場 EEWORLD 發表於 2020-03-10 15:52:43
  • 閒談微帶天線
    微帶天線的發展趨勢(1)微帶天線頻帶展寬技術對於諧振式天線來說,Q值越高,諧振特性就越尖銳,相對應的帶寬就越窄。因此,展寬帶寬可以考慮從降低Q值入手。增加介質基板的厚度,選擇低介電常數以及損耗角正切tanα值較大的介質基板均可使Q值下降。
  • [技術]天線是無源器件,那麼天線增益是怎麼回事兒
    因此,增益對於天線和前置放大器的概念並不是完全相同的。在此,我們討論的天線不包含有源天線這個天線和放大器結合的特例。一款有源天線那麼天線增益到底是怎麼回事兒呢?書本中對天線增益是這樣定義的,在測試天線和基準天線上給與同一功率的信號,在最大電場方向上接收的功率之比。該比值用 dB 表示,即為天線增益的值。
  • 天線的安裝對通信效果的影響
    天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值,最佳的天線都會做成標準的50歐姆,同時無線設備的阻抗也是標準的50歐姆,這樣天線和無線設備完全匹配,保證沒有傳輸信號的流失,進而保證好的通信效果。駐波比為1表示阻抗匹配;駐波比為無窮大表示全反射,完全失配。所以駐波比越大,反射功率越高。傳輸效率越低。在無線通信系統中,一般要求駐波比小於1.5。回波損耗(Return Loss):其數值為入射功率與反射功率的比值, 以分貝 dB 值表示。回波損耗的值在0 dB的到無窮大之間,回波損耗越大表示匹配越好。
  • 美軍擊潰日本海軍的秘密武器——八木天線的故事
    上個世紀二十年代,日本東北大學的八木秀次和宇田太郞兩人發明了這種天線,被稱為「八木宇田天線」,簡稱「八木天線」,英文:Yagi-Uda antenna或Yagi antenna。這沒準兒是雷達方面的手冊?筆記本馬上被技術班翻譯後秘密地運到日本國內,兵器本部的技師長官們都期待著從這本小冊子裡獲取敵人的無線電武器方面的資料,瞪大眼睛貪婪地翻閱著。
  • 玩UV段選八木天線,還是棒杆天線?
    屋漏偏逢連夜雨,昨天,天線歪了,掛住了一根鋼絲繩,雲臺卡住不轉了。很久以前就有這樣的預感,沒想到這個時候出現。如此小的監控雲臺,這麼大的天線,遲早會撐不住的。    其實,這僅僅是我在使用UV八木天線中遇到的眾多問題中的幾個而已。之前和朋友討論過安裝玻璃鋼棒杆天線還是八木天線的問題,我力挺八木。
  • 如何正確擺放路由器天線的天線才能更好的接受信號?
    打開APP 如何正確擺放路由器天線的天線才能更好的接受信號?其實,很多情況,信號不好並不是路由器質量有問題,而是因為無線路由器天線擺放的位置不對。那麼,路由器天線怎麼擺放? 二、無線路由器天線擺放技巧 如今很多無線路由器的天線一般有兩根、三根,甚至是四五根,對於這種多天線路由器,天線又如何如何正確擺放呢? 如果無線路由器只有2根無線天線,則建議讓天線一根豎著來,一根橫著來。
  • 出入巴西完全手冊
    出入巴西完全手冊 2006-11-15 00:00:00 來源:全球紡織網 巴西概況   一、巴西籤證須知
  • 智能天線工作原理是什麼 智能天線技術發展介紹【圖文】
    作為一個簡化的特例, 可以用最大功率合成算法,即令W = X, 以獲得成形, 在TDD 方式的系統中, 若組成智能天線系統的各射頻收發信機是全向的, 由於其上下行電波傳播條件相同, 則可以直接將此上行波束賦形矩陣使用於下行, 即令U = W。  TD-SCDMA 天線使用一個環形天線陣, 8 個完全相同的天線元素均勻地分布在一個半徑為r 的圓上。
  • 帶你了解天線的特性
    我們當然希望一付天線的帶寬能覆蓋一定的範圍,最好是我們所收聽的整個FM廣播波段。要不然換個臺還要換天線或者調天線也太麻煩了。天線的帶寬和天線的型式、結構、材料都有關係。一般來說,振子所用管、線越粗,帶寬越寬;天線增益越高,帶寬越窄。  阻抗: 天線可以看做是一個諧振迴路。一個諧振迴路當然有其阻抗。我們對阻抗的要求就是匹配:和天線相連的電路必須有與天線一樣的阻抗。
  • 737NG飛機甚高頻天線掉漆和損傷標準
    1甚高頻天線掉漆和損傷標準甚高頻天線掉漆或者有小缺口是常見的事 ,但對於這個缺陷的放行標準和維護標準疑問也是挺多的?AMM和SRM並沒有關於這個損傷的標準。對於放行,如損傷已影響天線接收功能的,需要立即更換或按系統失效保留放行。損傷可能會導致導電汙染物的侵入,例如水進入到天線內部,汙染物會干擾信號的接收或傳輸,如發現此種情況,需要立即更換天線。如因時間、工具、航材等原因不能及時更換的,參考相關MEL進行保留。如不能保留的,例如1號VHF系統,由於天線無法修復,只能停場待件更換。
  • 【完全魚種手冊】認識 」石狗公魚「
    點擊標題賞讀往期文章:【南油預科班】"2天1夜"超值深海船釣體驗之旅【一嘯話你知】小白手冊之「關於釣力」【遊釣隨筆】大馬雲冰旗魚爭霸賽(上)【遊釣隨筆】大馬雲冰旗魚爭霸賽