天线工作原理以及如何计算天线长度

2023-10-28

一、题记

人们的生活离不开手机,手机离不开无线通信。在家我们可以连接路由器,在外我们可以连接基站,不可否认的是我们的手机都是通过无线电波与路由器或者基站的天线相连接。见过很多天线,有室外的,有室内的,有长的,有方的,还有圆的,天线的各种形状不一,长短不一,那么天线的长短跟什么有关系呢?本文将讨论天线、振子和波长的关系。

二、名词解释

波长

波长是指波在一个振动周期内传播的距离。也就是沿着波的传播方向,相邻两个振动位相相差2π的点之间的距离。

波长公式

天线的长短其实是根据波长来决定的,通过公式我们知道C=λ•f(C=光速(单位m/s),λ=波长(单位m),f=频率(单位Hz))。由于光速固定为,所以波长和频率成反比。

天线

通俗的来讲,天线就是用来发射和接收信号的装置。天线也是一种变换器,对于发射来说,他把电信号转换成了电磁波,对于接收来说它把电磁波变成了电信号。

天线工作原理

初高中的时候学过当导线上有交变流电流动时,就会产生电磁波。当两个导线区域平行,产生的电场就在两根导向之间,此时周围的电磁波非常弱。但若将两个导线以一定夹角张开时,电磁波就会在周围空间中传播,如下图所示。

振子

天线振子是天线上的元器件,具有导向和放大电磁波的作用,使天线接收到的电磁信号更强。如下图所示,产生电磁波的两根导线我们称之为“振子”。

天线振子是构成天线的最基本单位。当导线长度为信号波长的1/4时,辐射的强度最大,称作基本振子。两臂长度相等的振子叫作对称振子。每臂长度为1/4波长、全长为1/2波长的振子称作半波对称振子,如下图所示。半波对称振子可以独立使用,还可以采用多个半波对称振子组成天线阵。

天线振子是用导电性较好的金属制造的。振子有的是杆状的形状,也有的结构较复杂,一般是很多个振子平行排列在天线上。

三、振子与波长的关系

根据上图所示,单边振子的长度如下图所示。

 通过公式就能得出单臂振子的长度,但是在实际计算过程中,我们还需要在乘上一个缩短系数(缩短系数:天线振子长度相对于理论计算值缩短的百分比),缩短率取值范围一般为93%~97%,一般缩短系数取值为5%左右,振子越粗,缩短越多。通常的粗略估算方法是:若天线振子直径10毫米,缩短4.5%;天线振子直径15毫米,缩短5%;天线振子直径20毫米,缩短5.5%。具体公式如下所示。

下面通过案例来了解一下,比如要制作一个频率为144MHz的天线,通过以上公式计算如下:

 以上结果为理论计算结果,实际中制作时,我们需要通过驻波表来监测驻波,驻波比要小于1.5才能达到要求。

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画图太磨人,宁写1000字,不想画一张图,大哭~~~~

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