线天线主要参数_工作原理_结构特性

天线是一种金属装置，用于发射和接收无线电电磁信号，这些信号代表一些信息。一般来说，天线有不同的尺寸和形状。使用天线的原因有很多，但主要原因是提供一种简单的方式来传输信号或数据。

目前有不同类型的天线可供选择，例如八木宇田天线、孔径天线、反射器天线、线天线等。本文讨论一种天线类型，即线天线的特点和工作原理。

基本概念

线天线（Wire Antenna）是一种无线电天线，包括悬挂在地面上的长电线，天线中的电线接收信号并进一步辐射它们。在该天线中，线天线长度与其波长无关。电线只需通过天线的调谐器连接到发射器或接收器即可发射或接收信号。这些天线因其易于安装和便携而闻名。线状天线图如下所示。

结构设计

长导线天线的构造很简单，因为这种导线天线的长度是λ/2的倍数。一般将长度为λ/2或λ/4的天线称为半波偶极子天线，但长度大于λ/2的天线称为长线天线。因此，长线天线的长度被认为是半波长的倍数。长线天线的长度为 (L=nλ/2)。

这些电线垂直或水平排列，但相对于地面的方向有时是杂乱的。该天线的外部激励是通过馈线提供的，其中馈线简单地设置在电线长度的末端、中心或中间的任何地方。

这里，线天线的极化通过天线相对于地面的方向来显示。馈电点的位置代表波瓣的方向。在这种简单的线天线结构中，一根简单的导线在发射端和接收端之间首尾相连。因此，两端之间的直接长线连接将允许来自发射站的信号并辐射该信号，以便可以在另一端获得该信号。

工作原理

线天线是由多个半波偶极子组合而成，因此，其工作原理与半波偶极子天线相同，不过这些天线的长度比半波长更长。当输入电压简单地激励长导线时，随后电荷载流子将根据所施加信号的一半而漂移。如果施加信号的前半部分，则电荷载流子将经历吸引力，而如果使用负半周期，则电荷载流子将经历排斥力。所以，电荷载流子在导体中的累积作用会产生不稳定的电场。最终，信号通过长线天线在另一端以这种方式辐射。

长线天线比半波天线长。当长线天线的长度增加时，方向性也会变得更好。值得注意的是，天线具有长线的时候，对于最低工作频率，一般将长度视为半波长，并在末端提供外部馈电。

常见类型

通常情况下，线天线分为不同类型，下面讨论每种类型。

1、短偶极天线

线天线的简单形式是短偶极天线。这是一个开路，信号或数据在中心内馈送。在该天线中，术语“短”并不是指天线尺寸，而是指相对波长。该天线有两端，一端开路，另一端由交流电源供电。该天线的频率范围为3KHz-30MHz，因此多用于低频接收机。

2、偶极天线

偶极天线是RF天线最重要的形式之一，它包括一根导电线，另外还有一根长度为最大优选波长一半的杆。线材或棒材在中心通过绝缘体分开，中心的每一端都通过巴伦简单地连接到馈线，通常连接到同轴电缆。

这些天线广泛用于不同的无线电通信。该天线设计非常简单，工作在射频频谱的高频、甚高频和超高频部分。

3、环形天线

环形天线是一种线状天线，与其它天线相比，它可以更有效地接收无线电信号。这些天线被认为是比其它天线更高效的天线，因为它们使用的电力更少并且工作频率范围广（300MHZ至3GHz）。该天线的性能主要取决于设计、放置等不同因素。

在环形天线中，电线的弯曲可以形成不同的形状，如圆形、三角形、矩形和椭圆形。这些天线非常简单、用途广泛且价格低廉，因此广泛应用于RFID设备中，用于检测发射器位置、用作UHF发射器、用于在无线电接收器内接收HF波等。

4、半波偶极子天线

偶极子长度为其工作频率下波长一半的偶极子天线称为半波偶极子天线。这是一种非常著名的偶极天线，有时也称为赫兹天线。

该天线具有简单的谐振结构，适用于传输和接收应用。这些是所有天线形状的基本元素，因为这些天线有助于设计不同的复杂天线。该天线的工作频率范围为3kHz – 300GHz。

半波偶极子天线主要用于广播电视接收机。当这些天线与其他类型的天线一起使用时，它会表现出出色的性能。

5、折叠偶极子天线

折叠偶极天线是一种包括两个导体的天线。这些导体在两侧简单连接并折叠以形成圆柱形闭合形式，偶极子长度是波长的一半。因此，它被称为半波折叠偶极子天线。这种折叠偶极天线的频率范围为3KHz至300GHz，是电视接收器最常用的频率范围。

6、单极天线

单极天线是一种无线电传输天线，包括单个导体，该导体通常通过电压源在天线的底部馈电。该天线是一种非常简单的单线天线，通常垂直安装并通常用于发射和接收信号。因此这些用于广播或通信目的。单极天线工作在低RFID频段（2.2至2.6GHz）、中RFID频段（5.3至6.8GHz）和高RFID频段（8.7至9.5GHz）。

7、螺旋天线

螺旋天线是线状天线的一种，由于这种天线的形状是螺旋状，所以也被称为螺旋天线。该天线的频率范围约为30MHz–3GHz。所以这种螺旋天线工作在VHF和UHF范围内。

螺旋天线用于发射和接收甚高频信号，用于卫星和空间探测器通信，以及射电天文学，它在月球和地球之间建立通信。

8、宽带偶极子天线

宽带偶极子天线是一种线状天线，主要为短程到中程电路提供出色的性能。对于低频的短距离通信电路，该天线的辐射方向图具有较高的发射角。同样，对于较高频率的中距离通信电路，该天线的辐射方向图具有较低的起飞角。

9、三叶形天线

三叶形天线是一种圆极化的线天线，这种天线的辐射方向与偶极天线相同。该天线主要包括至少3或4个框架，这些框架并联连接并以特定方式扭曲以获得圆极化。

线天线增益

天线增益是指与理论天线相比，天线在任何方向发射更少或更多的能力。该增益仅表示天线在特定方向上发射或接收信号的强度。

• 对于短偶极子，它是 1.5 (1.76 dBi) 
• 半波偶极子，它上升到1.64 (2.15dBi)。

优缺点

线天线的优点包括以下几点内容：

• 结构很简单
• 提供令人满意的增益和方向性。
• 具有清晰的方向图。
• 价格便宜。
• 在低垂直角度时，它仅聚焦于辐射
• 它们在总长度不低于λ/2的任何频率范围内辐射。

线天线的缺点包括以下几点内容：

• 在低频下，偶极天线表现出较大的尺寸。
• 环形天线增益较差，难以调谐且频带极窄。
• 螺旋天线尺寸庞大，并且很容易被附近的物体失谐。
• 线天线需要合适的匹配系统才能有更好的效果。
• 这些天线需要匹配系统或调谐器单元。

主要应用

线天线的应用包括以下几方面内容：

• 线天线广泛用作短波、中波和长波频段的接收天线。
• 由于结构简单，这些天线用于点对点长距离通信。
• 这些天线用于船舶、航天器、建筑物、汽车、卫星、导弹、微波通信和极高增益应用。

线天线和面天线区别

线天线和面天线（Aperture Antenna）是两种常见的天线类型，它们在构造和工作原理上存在一些区别，主要表现在以下几个方面：

1. 构造：

   • 线天线： 由导电材料制成，通常采用金属线或导线构成。常见的线天线包括偶极子天线、螺旋天线、折叠天线等。
   • 面天线： 不再像线天线那样由单一的导线构成，而是由导电材料构成的平面结构。常见的面天线包括微带天线、开孔天线、缝隙天线等。

2. 辐射方式：

   • 线天线： 通常是沿着其长度方向辐射电磁波。例如，偶极子天线的辐射主要是通过其两端的导线长度来实现的。
   • 面天线： 通过开放的导电结构或孔隙来辐射电磁波。微带天线的工作原理涉及导电贴片和基板之间的电磁耦合。

3. 指向性和增益：

   • 线天线： 很多线天线的辐射特性相对较为简单，其指向性和增益可能有限。然而，一些线天线，如定向性的折叠天线，也可以实现较高的增益。
   • 面天线： 面天线设计可以在平面上实现更复杂的辐射特性，从而实现更高的增益和更精确的指向性。

4. 应用领域：

   • 线天线： 常用于HF（高频）至UHF（超高频）频段的应用，例如无线电通信、电视和广播接收等。
   • 面天线： 在微波和毫米波频段具有优势，因此在雷达、卫星通信、无线局域网（Wi-Fi）、天线阵列等领域得到广泛应用。

所以，线天线和面天线在结构、辐射方式、指向性和应用领域等方面存在区别。选择合适的天线类型取决于具体的应用需求和频段范围。