常见天线设计简介

如果你在手机或笔记本电脑上阅读这篇文章，那就得感谢天线了。天线是连接我们生活的一个组成部分，从玩视频游戏到为汽车导航系统供电在太空深处撞击小行星是可能的。但是，虽然天线的存在已经无处不在，天线设计与应用差别很大。

天线是如何工作的?

从简单的电线偶极天线到相控多输入多输出(MIMO)阵列，所有的天线本质上都做同样的事情——发送和接收电磁信号。要做到这一点，电信号被转换成可传输的电磁波。然后，信息以特定的波长通过空气发送，由另一个天线在期望的目的地接收和拆封。

通过在太空中发送信号，天线使我们能够以光速进行远距离通信。这种无线连接对于我们跨行业的发展至关重要，包括医疗保健、航空航天、通信和移动。随着天线应用的不断增长，每个用例所需的天线类型也在不断增加。

为什么有不同类型的天线?

各种因素——例如距离和可用空间——决定了给定应用的最佳天线类型。例如，用于保持飞机与控制塔联系的天线与你的蓝牙咖啡杯中的天线大不相同。两者都需要一个具有全向能力的天线，但飞机需要更大的范围，而杯子需要一个符合很小空间的天线。

天线设计准则

• 带宽:特定信号的频率范围
• 极化:天线辐射的电场方向
• 指向性:辐射在一个方向上集中的程度
• 物理空间:天线必须安装的面积
• 增益:在峰值辐射方向上传输的功率
• 效率:天线的辐射功率与发射功率之比

常用天线类型

了解常见天线类型的一般特性将有助于您为应用程序选择正确的天线。

半波偶极天线

半波偶极子是基于偶极子天线的，偶极子天线是由两根导电棒或导线组成的最简单的实用天线。“半波”一词指的是天线的物理尺寸在工作频率下为波长的一半。

由于设计和制造简单，半波偶极子天线非常常见。事实上，几乎所有的天线都是基于这种设计，它具有干净的线性极化和旋转对称的辐射方向图。

半波偶极天线由一个长度为L = L /2的线性导电元件组成，通常通过沿其长度的一半插入的间隙馈电。虽然它们通常被认为是窄带天线，但增加用于形成天线主体的导线的半径是增加带宽的有效方法。

PIFA天线

平面倒角f (PIFA)天线存在于手机和几乎所有电子设备中。作为偶极子的一种变体，这些天线的制造成本非常低，并且可以打印出许多变化以实现不同的带宽，使其成为符合小空间的好选择。

喇叭天线

喇叭天线通常用于需要非常高指向性的应用中，例如雷达枪。它们具有相当简单的几何结构，可以以更少的损耗处理更高的功率。

喇叭天线由一段波导组成，该波导在末端向外伸展，并在一个开放的孔径中终止。耀斑的目的是增加天线的方向性，缩小耀斑平面内的波束宽度。

为了形成天线的喇叭，喇叭天线可以只在电场方向(e面扇形喇叭)上展开，也可以只在磁场方向(h面扇形喇叭)上展开，或者两个方向都展开(金字塔形喇叭)。

喇叭天线通常非常宽带，工作在波导的截止频率之上，并辐射与波导中电场方向相同的线极化波。

Yagi-Uda天线

有时被称为简单的“八木”天线，八木田天线由一个偶极子天线组成，该天线在其他(非驱动)线性导电元件阵列中运行。这些在高指向性至关重要的应用中非常有效，通常用作电视接收天线。

Yagi-Uda天线中反射器和定向器的确切数量各不相同，但典型的设计包括一个“反射器”元件和三个“定向器”元件。反射元件略长于偶极子，而导向元件略短于偶极子。

与具有旋转对称辐射模式的孤立偶极子不同，Yagi-Uda天线具有高度指向性，其最大辐射指向指向性而远离反射器。

像偶极子一样，八木田天线是窄带的，具有线性极化，电场取向与偶极子对齐。

槽天线

槽天线基于与偶极天线相同的概念，但它们使用的是一组不同的电流——磁流而不是电流。它们可以在飞机的鼻锥和电路板上找到。

槽式天线由一个矩形的半波长长的“槽”组成，该“槽”位于平面导体中。根据巴比内的原理，操作类似于半波偶极天线的操作。辐射场也大致类似于半波偶极天线的辐射场，但电场和磁场的极化大约是调换的。

缝隙天线的辐射方向图近似于偶极天线的辐射方向图，但由于地平面的截断而产生了轻微的不对称性。槽天线的带宽随槽的宽度而变化，并且是线极化的，电场垂直于槽的长度方向。

矩形贴片天线

矩形贴片天线是低调应用中最常见的选择，它被印刷成适合于平面空间，比如手机。虽然贴片天线的概念很简单，但它可以很容易地修改以在更宽的频带上工作，增加隔离，或在多个频率上工作。

矩形贴片天线由宽度(W)和长度(L)的矩形导电元件组成，该导电元件位于厚度(d)和相对介电常数(e)的介电板表面_r)，带导电衬底。

贴片天线的辐射是由于贴片下腔内场的共振而产生的。当天线的长度略小于导波长度的一半时，这种共振就会发生，因为贴片末端的场边缘使贴片“看起来”比实际更长。

矩形贴片天线通常由微带馈电，同轴探头穿过电介质，或与谐振腔或其他近似谐振器耦合。

为了帮助确定在他们的项目中使用的最佳天线，工程师们使用仿真软件，如Ansys基于．无论是制造卫星、印刷电路板还是其他先进的高频电子产品，模拟都显示了不同天线配置的性能。通过观看网络研讨会了解更多信息。通过仿真优化天线设计。”