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到底都有些什么类型的天线?

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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!

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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。

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来源:射频学堂
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首次发布时间:2025-07-23
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