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天线的基础知识
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2009-09-23
生龙活虎3
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天线的基础知识：天线基础
天线是电子电路中RF射频信号之间的联接链路，例如PCB板与电磁波之间的信号，可通过无线链路的发射机及接收机之间的传输媒质进行传播。
在发射机内，天线通过激励其紧邻空间或近区场的电场或磁场将电子信号转化成为电磁波。激励电场的天线被称为电子天线，激励磁场的天线被称为磁天线。电场或磁场的振荡将产生一定的电磁波，并以光速c进行传播。真空空间内的光速c0 为300000 km/s。当电磁波在电介质(dielectric medium)中传播且相应介电常数为εr之时，其光速将降低至：
我们可以通过以下公式，根据信号频率f以及光速c计算出波长：
在使用常见单位时，真空空间内的波长可通过如下公式计算：
如果电磁波在电介质中传播，例如PCB材料，波长εr需要除以介电常数的平方根。我们可依照电磁波的传播过程划分出三个场区域：反应近区场(reactive near field)、辐射近区场(radiating near field)以及远区场(far field)。
• 在反应近区场内，反应场分量主宰了整个辐射场。这就意味着任意电子特性（对应于电子天线）或磁特性（对应于磁化天线）的变化都将强烈的影响天线馈端(feed point)的天线阻抗。天线至近区场边界的范围通常假定为：
• 在辐射近区场内，辐射场成为主宰，该区域范围内的介质仅对天线阻抗有轻微的影响。但如果考虑到与天线的距离，则天线的尺寸是不能被忽略的。这就意味着辐射方向图(radiation pattern)的角度分布将取决于距离。为了测定辐射方向图，所测量的与天线之间的距离应大于辐射近区场的边界范围，否则，所测量的方向图将有别于真实状况。辐射近区场的半径如下计算：
天线特性
极化轨迹图以小箭头(tip)描绘了电磁波传播过程中所形成的电场矢量。在远区场，我们可以把电磁波看成是平面波(plane wave)。对于此平面电磁波来说，其电场及磁场矢量不仅相互垂直，并且与波的传播方向向垂直。一般情况下，电场矢量的尖端指向沿椭圆螺旋(elliptical helix)行进，形成了椭圆极化。在传播过程中，如电磁波的电场矢量顺时针方向转动，则称之为右旋极化(right-hand polarized)，反之则称为左旋极化(left-hand polarized)。
如果椭圆的两轴等长，则称之为圆(circular)极化。如果椭圆两轴中的某一为零，则为线性(linear)极化。类似的，若电场矢量振荡方向垂直于地面则极化是垂直的，若电场矢量振荡方向与地面平行则极化是水平的。
天线是电子电路中RF射频信号之间的联接链路，例如PCB板与电磁波之间的信号，可通过无线链路的发射机及接收机之间的传输媒质进行传播。
在发射机内，天线通过激励其紧邻空间或近区场的电场或磁场将电子信号转化成为电磁波。激励电场的天线被称为电子天线，激励磁场的天线被称为磁天线。电场或磁场的振荡将产生一定的电磁波，并以光速c进行传播。真空空间内的光速c0 为300000 km/s。当电磁波在电介质(dielectric medium)中传播且相应介电常数为εr之时，其光速将降低至：
我们可以通过以下公式，根据信号频率f以及光速c计算出波长：
在使用常见单位时，真空空间内的波长可通过如下公式计算：
如果电磁波在电介质中传播，例如PCB材料，波长εr需要除以介电常数的平方根。我们可依照电磁波的传播过程划分出三个场区域：反应近区场(reactive near field)、辐射近区场(radiating near field)以及远区场(far field)。
• 在反应近区场内，反应场分量主宰了整个辐射场。这就意味着任意电子特性（对应于电子天线）或磁特性（对应于磁化天线）的变化都将强烈的影响天线馈端(feed point)的天线阻抗。天线至近区场边界的范围通常假定为：
• 在辐射近区场内，辐射场成为主宰，该区域范围内的介质仅对天线阻抗有轻微的影响。但如果考虑到与天线的距离，则天线的尺寸是不能被忽略的。这就意味着辐射方向图(radiation pattern)的角度分布将取决于距离。为了测定辐射方向图，所测量的与天线之间的距离应大于辐射近区场的边界范围，否则，所测量的方向图将有别于真实状况。辐射近区场的半径如下计算：
天线特性
极化轨迹图以小箭头(tip)描绘了电磁波传播过程中所形成的电场矢量。在远区场，我们可以把电磁波看成是平面波(plane wave)。对于此平面电磁波来说，其电场及磁场矢量不仅相互垂直，并且与波的传播方向向垂直。一般情况下，电场矢量的尖端指向沿椭圆螺旋(elliptical helix)行进，形成了椭圆极化。在传播过程中，如电磁波的电场矢量顺时针方向转动，则称之为右旋极化(right-hand polarized)，反之则称为左旋极化(left-hand polarized)。
如果椭圆的两轴等长，则称之为圆(circular)极化。如果椭圆两轴中的某一为零，则为线性(linear)极化。类似的，若电场矢量振荡方向垂直于地面则极化是垂直的，若电场矢量振荡方向与地面平行则极化是水平的。
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