天线与无源器件常识详解

天线是用于发送和接收无线电波的关键组件，发射时，把高频电流转换为电磁波;接收时，把电滋波转换为高频电流，是无线通信不可缺少的一部分。天线的参数分为有源参数和无源参数两大类，今天我们来了解一下无源参数。

无源参数主要描述天线的辐射性能和电路特性，它们通常在天线的无源测试中获得。以下是一些关键的无源参数：

圆顶双频天线，806 MHz ~2.5 GHz ，标称增益 3 dBi，N 型母头输入连接器

1) 增益(Gain)：衡量天线能量转换效率和方向特性，在同一距离及相同输入功率的条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度与理想无方向性天线的辐射功率密度的比值。

2) 效率(Efficiency)：天线辐射功率与天线输入功率(辐射功率与天线内所消耗的功率之和)之比，反映天线将输入功率转换为辐射功率的能力。

3) 驻波比(VSWR, Voltage Standing Wave Ratio)：驻波波腹处的电压幅值与波节处的电压幅值之比，表征天线系统中的驻波特性。

4) 回波损耗(Return Loss, RL)：反射系数绝对值的倒数，是天线与馈线匹配程度的指标。

全向天线，8 dBi，698-960 MHz，N 型母头连接器

5) 方向图(Radiation Pattern)：描述天线在不同方向上辐射(或接收)电磁波的相对场强特性的图形。

6) 天线隔离度(Isolation)：衡量天线在接收某一极化信号时，对另一极化信号的抑制能力。

天线原理

天线是无线电通信中的关键部件，其核心作用在于将传输线上的导行波转换为在自由空间中传播的电磁波，或者执行相反的转换。在无线电设备中，天线负责发射和接收电磁波，从而实现了无线通信和数据传输的功能。此外，天线还具备抗干扰、抗衰落等特性，进一步提升了通信系统的性能和稳定性。

天线功能

发射信号：天线能将传输线中的导行波高效地转换为电磁波，并广泛地向周围空间辐射。

接收信号：同样，天线也能捕捉来自四面八方的电磁波，并将其精准地转换为导行波，供接收设备使用。

天线参数

方向性图：此图形详细描绘了天线在各个方向上辐射能量的分布情况，是评估天线性能的重要依据。

波瓣宽度：在方向性图中，主瓣两侧首个零点间的夹角被称为波瓣宽度，它直接反映了天线的定向性。

副瓣电平：方向性图中副瓣的最大值与主瓣最大值之比即为副瓣电平，这一参数用于衡量天线的抗干扰能力。

方向性系数：该系数比较了天线在特定方向上的辐射功率密度与平均辐射功率密度，从而量化了天线的定向性。

增益：增益反映了天线在某一特定方向上的辐射强度相较于参考天线的提升程度，是评估天线传输效率的关键指标。

效率：效率指标衡量了天线在信号传输过程中的效能，即其接收或发射信号的能力。

输入阻抗：输入阻抗则表示了天线输入端的电压与电流之比，它关乎天线与传输线之间的匹配程度。

驻波比：电压驻波比，简称VSWR，是衡量天线与传输线之间匹配程度的关键参数。它表示传输线上入射波电压最大值与反射波电压最大值之比，直接影响信号传输的质量。

频带宽度：指天线在不同频率下能够正常工作的频率范围。这一参数对于评估天线的频率响应性能至关重要，确保天线在宽频带内保持高效工作。

极化型式：描述电磁波在空间传播时，其电场矢量的方向和大小随时间如何变化。这一参数对于天线接收和发射信号的效率及方向性具有重要影响。

等效长度与等效面积(口径)：在分析线天线时，通常将辐射能量视为集中在天线上的电流元产生。电流元的长度即为等效长度，而若电流元均匀分布，则其长度乘以所在线段长度可得到等效面积(口径)，用于量化天线的辐射能力。

辐射参数：包括方向图、增益、半功率波瓣宽度等。方向图描绘了天线在各方向的辐射功率通量密度或电场强度，而增益则衡量了天线朝特定方向收发信号的能力。半功率波瓣宽度则反映了主瓣的辐射强度下降到一半时的波束宽度夹角，对于评估天线的定向性具有重要意义。

天线产品：市场上提供了各种类型的高增益天线，如中短波调频复合天线、双锥天线等，以满足不同应用场景的需求。这些天线产品具备不同的极化型式、频带宽度和辐射参数，为用户提供多样化的选择。

这些天线在广播和电视、点对点无线电通信、雷达和太空探索等众多系统中发挥着关键作用。以板状天线为例，它是一种极为重要的基站天线，因其高增益、优异的扇形区方向图、小后瓣、便捷的垂直面方向图俯角控制、可靠的密封性能以及长使用寿命而广受青睐。

此外，许多企业还提供定制服务，根据客户的需求精心打造各种类型的天线，以满足特定的应用需求。

在命名天线时，会考虑多个因素。首先是天线的类型，如鞭状天线、螺旋天线和板状天线等，每种类型都有其独特结构和性能特点。其次，工作频率也是选择天线的重要考量因素，不同频率的天线适用于不同的应用场景。此外，天线的增益也是评估其性能的关键指标，增益越高，信号传输距离越远。

再者，天线的极化方式也是一个重要考量因素，它决定了电场矢量随时间变化的模式，包括线极化、圆极化和椭圆极化等。最后，命名时还会包含其他参数，如阻抗、带宽和尺寸等，这些参数共同构成了天线的完整描述。

例如，在板状天线中，“板”字指代其形状，“状”字则表明其平面特性，“定向”则强调了其方向性，即能够向特定方向传输信号。而在螺旋天线中，“螺旋”字样描绘了其形状特征，这种天线的极化方式往往是圆极化或椭圆极化。

全向天线

全向天线，作为一种特殊类型的天线，具有广泛的应用范围。其独特之处在于能够向四面八方均匀地传输信号，无需定向调整，即可实现全方位覆盖。这种天线在广播、电视、无线通信等领域发挥着至关重要的作用，确保信号的稳定传输与覆盖。

双频天线

双频天线，与全向天线不同，具备另一种独特特性。它能够在两种不同的频率下工作，提供更为灵活的信号传输选项。这种天线常用于需要切换频率或适应不同信号环境的应用中，确保在多种频率下都能实现高效稳定的信号传输。

三频单极化天线

三频单极化天线，相较于双频天线，拥有更高的频率灵活性。它能在三种不同的频率范围内工作，进一步拓展了信号传输的多样性。这类天线在需要频繁切换频率或面临复杂信号环境的应用中表现出色，能够确保在更广泛的频率范围内实现高效且稳定的信号传输。

抛物面天线

无源器件概述

在微波射频领域，无源器件占据着举足轻重的地位。它们无需外接电源，便能展现出独特的电子特性，包括电阻、电容、电感等。这些器件在电路中发挥着信号传输、滤波、匹配等关键作用，与有源器件共同构筑了电子系统的功能框架。

功分器作为无源器件的一种，其核心功能在于将单一输入信号均匀或不均匀地分配至多个输出端口，或反之将多个输入信号合并为一个输出。此外，功分器还需确保各输出端口间的隔离度，以保障信号的纯净传输。

从结构上划分，功分器可分为两大类：无源功分器和有源功分器。无源功分器凭借其稳定性好、结构简单以及低噪声等特点受到青睐，但不足之处在于接入损耗相对较大。而有源功分器则通过内置放大器实现了信号增益，提高了隔离度，但相应地也引入了噪声，且结构复杂度与工作稳定性相对较低。

2 功分器的分类

功分器可根据不同维度进行分类。按工作频率，可分为高频、中频和低频功分器;按端口数量，则可分为一至八等功分器;而按封装形式，则可分为金属、玻璃和陶瓷封装功分器等。

3 腔体功分器的特点

腔体功分器以其独特设计脱颖而出。它采用优质合金作为导体，填充介质为空气，因此能承受高功率，最大可达200W。此外，其导体损耗和介质损耗极小，插入损耗可控制在1dB以下。但需注意，由于缺乏隔离电阻，其输出端口隔离度较低，故腔体功分器不适用于功率合成器。