天線基礎(chǔ)理論

1、 乙組件，由于阻抗特性的不同，一部分電磁波的能量被反射回來(lái)，我們常稱此現(xiàn)象為阻抗不 匹配。 不匹配時(shí)，發(fā)射機(jī)發(fā)射的電波將有一部分反射回來(lái)，在饋線中產(chǎn)生反射波，反射波到 達(dá)發(fā)射機(jī)，最終產(chǎn)生為熱量消耗掉。接收時(shí)，也會(huì)因?yàn)椴黄ヅ?，造成接收信?hào)不好。如下圖， 前進(jìn)波（發(fā)射波）與反射波以相反方向進(jìn)行。 完全匹配，將不產(chǎn)生反射波，這樣，在饋線里各點(diǎn)的電壓振幅是恒定的，如下圖（a） ； 不匹配時(shí)，在饋線里產(chǎn)生下圖（b）的電壓波形，這駐留在饋線里的電壓波形就叫做駐波。 在入射波和反射波相位相同的地方，電壓振幅相加為最大電壓振幅 Vmax ，形成波腹； 在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅

2、Vmin ，形成波節(jié)。其它各 點(diǎn)的振幅值則介于波腹與波節(jié)之間。這種合成波稱為行駐波。 駐波比全稱為電壓駐波比，又名 VSWR 和 SWR，為英文 Voltage Standing Wave Ratio 的簡(jiǎn)寫(xiě)，是指無(wú)線電波傳輸過(guò)程中最大電壓 Vmax 與最小電壓 Vmin 之比。 天線駐波比的產(chǎn)生，是由于入射波能量傳輸?shù)教炀€輸入端未被全部吸收（輻射） ，產(chǎn)生 反射波，迭加而形成的。VSWR 越大，反射越大，匹配越差。計(jì)算駐波比的數(shù)學(xué)公式為： VSWR = Vmax Z L RL 1 + G = = = Vmin Z0 R0 1-G 式中， Z L 、 Z 0 分別為輸出阻抗和輸入阻抗（ Z L

3、 實(shí)際上是相對(duì)于饋線而言的負(fù)載阻抗，天 線作為饋線的負(fù)載，Z L 即天線的特征阻抗；Z 0 是饋線的特征阻抗，是相對(duì)于天線而言的輸 入阻抗， 饋線作為天線的輸入。 ） ；RL 、R0 分別為輸出電抗和輸入電抗為 0 時(shí)的輸出電阻 （相 對(duì)于饋線而言的負(fù)載電阻） 和輸入電阻 （饋線的特征電阻， 相對(duì)于天線而言的輸入阻抗） ；G 為反射系數(shù)，是反射電壓與入射電壓的比值。 當(dāng)兩個(gè)阻抗數(shù)值一樣時(shí)，即達(dá)到完全匹配，反射系數(shù) K 等于 0，駐波比為 1。這是一種 理想的狀況，實(shí)際上總存在反射，所以駐波比總是大于 1 的。 工程上一般要求駐波比小于 1.5，而對(duì)于小于 1.3 的認(rèn)為比較良好。天線的好壞不能

4、單 看駐波比，VSWR=1 只能說(shuō)明發(fā)射機(jī)的能量可以有效地傳輸?shù)教炀€系統(tǒng)，但這些能量是否 能有效地輻射到空間，那是另外一個(gè)課題。 影響天線效果的最重要因素：諧振 讓我們用弦樂(lè)器的弦來(lái)加以說(shuō)明。無(wú)論是提琴還是古箏，它的每一根弦在特定的長(zhǎng)度 和張力下，都會(huì)有自己的固有頻率。當(dāng)弦以固有頻率振動(dòng)時(shí)，兩端被固定不能移動(dòng)，但振動(dòng) 方向的張力最大。中間擺動(dòng)最大，但振動(dòng)張力最松弛。這相當(dāng)于自由諧振的總長(zhǎng)度為 1/2 波 長(zhǎng)的天線，兩端沒(méi)有電流（電流波谷）而電壓幅度最大（電壓波腹） ，中間電流最大（電流 波腹）而相鄰兩點(diǎn)的電壓最?。妷翰ü龋?。 我們要使這根弦發(fā)出最強(qiáng)的聲音，一是所要的聲音只能是弦的固有頻率，

5、二是驅(qū)動(dòng)點(diǎn) 的張力與擺幅之比要恰當(dāng)， 即驅(qū)動(dòng)源要和弦上驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的阻抗相匹配。 具體表現(xiàn)就是拉弦的琴 弓或者彈撥的手指要選在弦的適當(dāng)位置上。 我們?cè)趯?shí)際中不難發(fā)現(xiàn)， 拉弓或者撥弦位置錯(cuò)誤 會(huì)影響弦的發(fā)聲強(qiáng)度， 但稍有不當(dāng)還不至于影響太多， 而要發(fā)出與琴弦固有頻率不同的聲響 卻是十分困難的，此時(shí)弦上各點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)十分復(fù)雜、混亂，即使振動(dòng)起來(lái)，各點(diǎn)對(duì)空氣的 推動(dòng)不是齊心合力的，發(fā)聲效率很低。 天線也是同樣，要使天線發(fā)射的電磁場(chǎng)最強(qiáng)，一是發(fā)射頻率必須和天線的固有頻率相 同，二是驅(qū)動(dòng)點(diǎn)要選在天線的適當(dāng)位置。如果驅(qū)動(dòng)點(diǎn)不恰當(dāng)而天線與信號(hào)頻率諧振，效果會(huì) 略受影響，但是如果天線與信號(hào)頻率不諧振，則發(fā)射效率會(huì)大

6、打折扣。 所以，在天線匹配需要做到的兩點(diǎn)中，諧振是最關(guān)鍵的因素。 因此在沒(méi)有條件做到 VSWR 絕對(duì)為 1 時(shí)，業(yè)余電臺(tái)天線最重要的調(diào)整是使整個(gè)天線電 路與工作頻率諧振。 回波損耗（Return Loss） ：是表示信號(hào)反射性能的參數(shù)?；夭〒p耗說(shuō)明入射功率的一部 分被反射回到信號(hào)源。例如，如果注入 1mW (0dBm 功率給放大器其中 10%被反射回來(lái)，回 波損耗 RL 就是 10dB。從數(shù)學(xué)角度看，回波損耗 RL= -10lg ç ç æ 反射功率 ö ÷ ÷ ÷ 。通常要求反射 ç è 入射功率 ø 功率盡可能小， 這樣就有更多的功率傳送到負(fù)載。 典型情況下設(shè)計(jì)者的目標(biāo)是至少 10dB （即 大于等于 10dB）的回波損耗。 駐波比、反射系數(shù)和回波損耗之間的關(guān)系： VSWR= G= 1+ G ZL = 1- G Z 0 VSWR -1 Z L - Z 0 = VSWR +1 Z L + Z 0 æ VSWR -1 ö ÷ RL= - 20log ( G ) = -20log ç ÷ ç ç ÷ è VSWR