什么是谐波失真？

在前面的文章中，我们一块学习了天线的基本概念，比如天线的增益，极化，方向图等。今天，就带大家深入天线家族，探索端射型、环形、偶极子、缝隙、口径等天线类型的奇妙世界！No.1 端射型天线端射型天线（End-Fire Antenna）是一种特殊的天线结构，其辐射方向主要沿着天线的轴向方向，即天线的端部方向。这种天线的设计目标是使辐射能量集中在天线的轴线方向上，从而实现高方向性的辐射特性。端射型天线在通信、雷达、卫星通信等领域有广泛应用，尤其是在需要集中辐射能量的场景中。1.1 端射型天线的特点• 高方向性：辐射方向集中在天线轴线方向，具有较高的增益和方向性。• 窄波束：由于辐射集中在轴向方向，波束宽度较窄，适合远距离通信和高精度定位。• 多单元结构：通常由多个单元组成，通过相位控制实现端射方向的辐射。• 可调节性：通过调整单元之间的相位和间距，可以优化辐射方向图和增益。1.2 端射型天线的主要形式端射型天线有多种实现形式，常见的包括：八木天线（Yagi-Uda Antenna）八木天线由一个有源振子和多个无源反射器及引向器组成。反射器位于有源振子的后方，引向器位于前方。反射器和引向器通过电磁耦合调整辐射方向，使主波束集中在天线的轴向方向。八木天线广泛应用于电视广播、业余无线电和卫星通信等领域。对数周期天线（Log-Periodic Antenna）数周期天线由多个不同长度的振子组成，振子的长度按照对数周期规律排列。通过调整振子的长度和间距，使天线在较宽的频带上实现端射方向的辐射。对数周期天线适用于宽带通信系统，如电视天线和雷达天线。螺旋天线（Helical Antenna）螺旋天线由导线绕成螺旋形状，螺旋的轴线方向为辐射方向。螺旋天线通过电磁波在螺旋导线上的传播，使辐射集中在轴向方向。常用于卫星通信和空间探测，因为其具有宽频带和高增益特性。No.2 环形天线环形天线是一种由闭合环路构成的天线，通常由导线或导电材料制成。其工作原理基于环路中的电流分布和电磁感应。当电流在环路中流动时，会在环路周围产生电磁场，从而实现信号的发射和接收。环形天线的辐射方向图通常具有方向性，且其特性与环路的尺寸、形状和工作频率密切相关。2.1 环形天线的主要类型常见的环形天线类型包括单环天线、多环天线、螺旋环天线、环形阵列天线、磁环天线、环形缝隙天线和环形微带天线等。每种类型的环形天线都有其独特的结构和工作原理，适用于不同的应用场景。环形天线在通信、雷达、卫星通信和无线充电等领域具有广泛的应用，是现代无线技术中不可或缺的重要组成部分。单环天线（Simple Loop Antenna）单环天线由一个闭合的导电环路组成，通常是一个圆形或矩形环。单环天线的电流在环路中流动时，产生电磁场。其辐射方向图通常在环路平面的垂直方向上具有最大辐射强度。多环天线（Multi-Turn Loop Antenna）多环天线由多个同心环路或螺旋环路组成，电流在多个环路中流动。通过增加环路的匝数，可以增强辐射强度，提高天线的增益。螺旋环天线（Spiral Loop Antenna）螺旋环天线由导线绕成螺旋形状，螺旋的中心为馈电点。螺旋结构使电流在环路中以螺旋形式流动，产生方向性强的辐射。环形阵列天线（Loop Array Antenna）环形阵列天线由多个单环天线排列成阵列，通过相位控制实现方向性辐射。通过调整每个环路的相位和电流幅度，可以控制辐射方向图的形状和方向。磁环天线（Magnetic Loop Antenna）磁环天线由一个闭合的磁性环路组成，通常包含一个磁芯和绕在磁芯上的导线。通过利用磁芯的高磁导率增强磁场，从而提高天线的辐射效率。环形缝隙天线（Loop Slot Antenna）环形缝隙天线由一个金属板上的环形缝隙组成，缝隙作为辐射单元。通过在金属板上开环形缝隙，使电磁波通过缝隙辐射出去。环形微带天线（Loop Microstrip Antenna）环形微带天线由印刷在介质基板上的环形导电路径组成，通常用于微带天线设计。No.3 偶极子天线家族偶极子天线（Dipole Antenna）是一种常见的天线类型，由两个等长的导体组成，通常呈直线状，两端对称分布。它是天线设计的基础形式之一，广泛应用于广播、通信、雷达等领域。偶极子天线的设计和工作原理相对简单，但通过不同的结构和配置，可以实现多种不同的性能特点。偶极子天线由两个等长的导体组成，通常称为“臂”，中间通过馈电点连接。当电流在两个臂之间流动时，会在天线周围产生电磁场，从而实现信号的发射和接收。偶极子天线的辐射方向图通常呈“八字形”，最大辐射方向垂直于天线的轴线方向。偶极子天线的主要类型常见的偶极子天线类型包括半波偶极子天线、短偶极子天线、折合偶极子天线、偶极子阵列天线、宽带偶极子天线和双频偶极子天线等。偶极子天线在广播、通信、雷达和物联网等领域具有广泛的应用，是现代无线技术中不可或缺的重要组成部分。1.半波偶极子天线（Half-Wave Dipole Antenna）半波偶极子天线长度为半个波长（λ/2）的偶极子天线，是最常见的形式。在工作频率下，天线的长度为半个波长，电流在两个臂之间流动，形成驻波，产生辐射。辐射方向图呈“八字形”，最大辐射方向垂直于天线的轴线方向。短偶极子天线（Short Dipole Antline）短偶极子天线长度远小于半个波长（通常小于λ/10）的偶极子天线。由于长度较短，天线的电流分布近似为线性，辐射效率较低。辐射方向图呈“八字形”，但辐射强度较弱。折合偶极子天线（Folded Dipole Antenna）折合偶极子天线由两个平行的半波偶极子组成，通过一个短路连接在两端。通过折合结构，增加了天线的输入阻抗，使其更适合与高阻抗馈线连接。辐射方向图与半波偶极子天线类似，但输入阻抗更高。偶极子阵列天线（Dipole Array Antenna）由多个偶极子天线排列成阵列，通过相位控制实现方向性辐射。通过调整每个偶极子的相位和间距，可以控制辐射方向图的形状和方向。宽带偶极子天线（Broadband Dipole Antenna）通过特殊的结构设计（如加载电感或电容）扩展工作频带。通过加载元件改变天线的电长度，使其在较宽的频带内工作。双频偶极子天线（Dual-Band Dipole Antenna）通过特殊的结构设计（如双臂长度不同）实现双频工作。No.4 缝隙天线缝隙天线（Slot Antenna）是一种利用金属板或导体表面上的缝隙作为辐射单元的天线。缝隙天线由一个金属板或导体表面构成，通过在金属板上开设一个或多个缝隙来实现电磁波的辐射。缝隙可以是直线形、矩形、圆形或其他形状。当电磁波在金属板中传播时，通过缝隙辐射到自由空间，形成天线的辐射场。缝隙天线具有结构紧凑、辐射效率高、易于集成等优点，广泛应用于雷达、通信和无线传感器网络等领域。缝隙天线的主要类型常见的缝隙天线类型包括直线缝隙天线、矩形缝隙天线、圆形缝隙天线、螺旋缝隙天线、缝隙阵列天线、微带缝隙天线和波导缝隙天线等。每种类型的缝隙天线都有其独特的结构和工作原理，适用于不同的应用场景。直线缝隙天线（Straight Slot Antenna）在金属板上开设直线形缝隙，缝隙的长度通常为半个波长（λ/2）。电磁波在金属板中传播时，通过直线缝隙辐射到自由空间。缝隙的长度和宽度决定了辐射频率和带宽。辐射方向图通常呈“八字形”，最大辐射方向垂直于缝隙方向。圆形缝隙天线（Circular Slot Antenna）在金属板上开设圆形缝隙，缝隙的直径通常为半个波长（λ/2）。电磁波通过圆形缝隙辐射到自由空间。圆形缝隙的直径决定了辐射频率和带宽。辐射方向图通常呈“八字形”，最大辐射方向垂直于缝隙方向。圆形缝隙的辐射特性较为均匀。螺旋缝隙天线（Spiral Slot Antenna）在金属板上开设螺旋形缝隙，缝隙的形状呈螺旋状。电磁波通过螺旋缝隙辐射到自由空间。螺旋缝隙的长度和形状决定了辐射频率和带宽。。缝隙阵列天线（Slot Array Antenna）由多个缝隙排列成阵列，缝隙可以是直线形、矩形或圆形。通过调整每个缝隙的相位和间距，可以控制辐射方向图的形状和方向。缝隙阵列可以实现高增益和窄波束。微带缝隙天线（Microstrip Slot Antenna）在微带线的介质基板上开设缝隙，缝隙通常为直线形或矩形。电磁波通过微带线传输时，通过缝隙辐射到自由空间。微带缝隙天线结合了微带线的传输特性和缝隙天线的辐射特性。波导缝隙天线（Waveguide Slot Antenna）在波导的壁上开设缝隙，缝隙可以是直线形、矩形或圆形。电磁波在波导中传播时，通过缝隙辐射到自由空间。波导缝隙天线通常用于高频段应用。No.5 口径天线口径天线（Aperture Antenna）是一种利用开口（或称为口径）来辐射和接收电磁波的天线。口径天线通过在金属波导、反射面或其他导电结构上开设开口（口径），使电磁波通过这些开口辐射到自由空间。其辐射特性主要取决于开口的形状、大小和电磁波的频率。口径天线的设计目标是实现高增益、窄波束和良好的方向性。口径天线通常具有高增益、窄波束和良好的方向性，广泛应用于雷达、卫星通信、微波通信等领域。口径天线的类型常见的口径天线类型包括喇叭天线、波导缝隙天线、反射面天线、透镜天线、微带口径天线和平板口径天线等。每种类型的口径天线都有其独特的结构和工作原理，适用于不同的应用场景。喇叭天线（Horn Antenna）喇叭天线由一个逐渐扩大的金属波导组成，通常呈喇叭状。喇叭天线的开口端称为口径。电磁波在波导中传播时，通过逐渐扩大的波导结构，将电磁波的能量集中到开口端，形成高增益的辐射。喇叭天线具有高增益、窄波束和良好的方向性。辐射方向图通常呈喇叭状，最大辐射方向沿着波导的轴线方向。反射面天线（Reflective Aperture Antenna）反射面天线由一个反射面和一个馈源组成。反射面通常为抛物面、双曲面或其他形状，馈源位于反射面的焦点处。电磁波从馈源发出后，经过反射面反射，形成高增益的辐射。反射面的形状决定了辐射方向图的形状和方向。反射面天线具有高增益、窄波束和良好的方向性。辐射方向图通常呈窄波束，最大辐射方向沿着反射面的轴线方向。透镜天线（Lens Antenna）透镜天线由一个透镜和一个馈源组成。透镜通常为介质透镜或金属透镜，馈源位于透镜的焦点处。电磁波从馈源发出后，通过透镜的聚焦作用，形成高增益的辐射。透镜的形状和材料决定了辐射方向图的形状和方向。透镜天线具有高增益、窄波束和良好的方向性。辐射方向图通常呈窄波束，最大辐射方向沿着透镜的轴线方向。小结天线家族成员众多，各有所长。端射型天线擅长定向传输，环形天线适合低频接收，偶极子天线应用广泛，缝隙天线便于集成，口径天线则在微波领域表现卓越。在实际应用中，我们需要根据通信距离、频段、环境、设备要求等因素，综合考量选择最合适的天线。未来，随着通信技术的不断发展，天线家族也将持续创新，为我们带来更高效、更智能的无线连接体验。你对这篇文章的内容、篇幅还有其他想法，或者想补充某些天线的特殊应用，都能随时和我说。来源：射频学堂