辐射和天线antenna
天线的基本参数
天线的基本参数1.1天线的基本参数从左侧的传输线的⾓度看，天线是⼀个阻抗（impedance）为Z的2终端电路单元（2-terminal circuit element），其中Z包含的电阻部分（resistive component）被称为辐射电阻（radiation resistance，R r）；从右侧的⾃由空间⾓度来看，天线的特征可以⽤辐射⽅向图（radiation pattern）或者包含场量的⽅向图。
R r不等于天线材料⾃⼰的电阻，⽽是天线、天线所处的环境（⽐如温度）和天线终端的综合结果。
影响辐射电阻R r的还包括天线温度（antenna temperature，T A）。
对于⽆损天线来说，天线温度T A和天线材料本⾝的温度⼀点都没有关系，⽽是与⾃由空间的温度有关。
确切地说，天线温度与其说是天线的固有属性，还不如说是⼀个取决于天线“看到”的区域的参数。
从这个⾓度看，⼀个接收天线可以被视作能遥感测温设备。
辐射电阻R r和天线温度T A都是标量。
另⼀⽅⾯，辐射⽅向图包括场变量或者功率变量（功率变量与场变量的平⽅成正⽐），这两个变量都是球体坐标θ和Φ的函数。
1.2天线的⽅向性（D，Directivity）和增益（G，Gain）D=4π/ΩA，其中ΩA是总波束范围（或者波束⽴体⾓）。
ΩA由主瓣范围（⽴体⾓）ΩM+副瓣范围（⽴体⾓）Ωm。
如果是各向同性的（isotropic）天线，则ΩA=4π，因此D=1。
各向同性天线具有最低的⽅向性，所有实际的天线的⽅向性都⼤于1。
如果⼀个天线只对上半空间辐射，则其波束范围ΩA=2π，因此D=4π/2π=2=3.01dBi。
简单短偶极⼦具有波束范围ΩA=2.67πsr，和定向性D=1.5（1.76dBi）。
如果⼀个天线的主瓣在θ平⾯和Φ平⾯的半功率波束宽度HPBW都是20度，则D=4πsr/ΩA sr=41000 deg2/(20 deg)*(20 deg)≈103≈20dBi(dB over isotropic)。
八木天线的原理和制作概要
八木天线的原理和制作概要八木天线（Yagi-Uda Antenna）是一种常用的定向性天线，广泛应用于无线通信、电视、无线电等领域。
八木天线以其简单的结构和高增益而受到青睐。
其工作原理是基于干涉和辐射。
八木天线的结构包括一个驱动元件（又称为激励器）和若干个反射元件和辐射元件组成。
驱动元件一般为一个有源的振荡天线，如偶极子，通过振荡产生的电磁波激发其他元件。
反射元件位于驱动元件的后方，起到集中反射电磁波的作用。
辐射元件则位于驱动元件的前方，起到扩散辐射电磁波的作用。
通过这样的结构，八木天线能够提高天线的增益，增强信号的传输方向性。
八木天线的反射元件由若干个均匀定位的平行的金属棒组成，其长度与驱动元件的工作频率有关。
反射元件比驱动元件短约1/4波长，从而实现相位差。
当反射元件上的电流被激发时，它们会发出电磁波，将电磁波聚焦到驱动元件的边缘，因此可以抑制边缘辐射。
这种电磁波的相干性与反射元件的长度、数量等因素有关。
辐射元件由若干个均匀定位的平行金属棒组成，其长度比驱动元件短约1/2波长。
辐射元件的长度和距离驱动元件的距离也会影响天线的增益和方向性。
当激励器产生的电磁波通过驱动元件传入辐射元件时，电磁波在辐射元件上会产生类似干涉的效应，增加电磁波辐射的方向性，以及进一步增强电磁波的辐射功率。
制作八木天线的步骤如下：1.根据要接收或发射的信号频率计算波长，根据波长确定驱动元件、反射元件和辐射元件的长度。
2.准备天线材料，一般为厚度适中、导电性能良好的金属棒，如铝棒。
3.构建驱动元件，可选择一根合适长度的金属棒作为驱动元件，在其一端连接激励器。
4.构建反射元件，根据计算得到的长度要求，制作若干个金属棒，间隔适当，一端与驱动元件连接。
5.构建辐射元件，根据计算得到的长度要求，制作若干个金属棒，与驱动元件的另一端连接。
6.连接和固定天线元件，确保元件之间的相对位置和长度精确。
使用导线连接驱动元件和激励器。
7.进行天线的测试和调整，根据实际效果来优化天线的性能。
手机天线知识图解
天线知识图解（Antenna）3月17日天线是一个相当庞大的话题，很难用一篇文章来描述天线的每个方面，但我会尝试给出一些天线的各个方面的大图片，主要用于蜂窝应用。
天线是什么？如何表现天线的性能？辐射模型天线增益总辐射功率TRPTotal Isotropic Sensitivity (TIS)Effective Isotropic Radiated Power/Equivalent Isotropic Radiated Power (EIRP)S11什么是天线？众所周知，天线是一种将电能(电信号)转换成电磁波并传送到太空的装置。
外面有各种类型的天线，下面是一些例子。
这些只是一些例子，还有很多其他类型。
看看有多少你熟悉的。
现在在大多数移动通信设备中，天线都被嵌入到一个很小的空间里。
在一个相对久远的移动电话，你可能已经看到了天线显示在左侧的图片(鞭天线)。
在大多数的移动设备，你看到这些天，天线是嵌入的情况下，或正确的印刷电路板如下所示。
随着移动设备(例如智能手机)在一个设备中获得越来越多的技术(例如，带有各种频段/ 无线接入技术的蜂窝技术，蓝牙，无线网络等) ，设计多个天线并将其放入一个小空间变得越来越困难。
如何表现天线的性能？有两个主要的标准来评估天线的性能，如下(a)应该把电能转换成电磁能，尽可能减少损失;(b)希望辐射在我需要的方向上。
有几个指标可以代表天线的性能如下辐射模型；总辐射功率;总的各向同性灵敏度。
辐射模型了解/ 评估天线性能的第一步是检查天线的辐射模型。
在大多数情况下，电能都是通过预先设定好的路径流动的，这种路径通常建立在铜线或印刷电路板上的铜痕迹上，但是一旦电能转化为电磁波，它几乎就会向四面八方传播。
根据我们设计天线的思路，电磁波在空气中传播的方向是不同的。
天线在某些方向上传输很强的能量，在某些方向上传输少量的能量，在某些方向上传输中等范围的能量等，这种能量传输方式被称为“辐射方向图”。
螺旋天线的结构和辐射原理
螺旋天线的结构和辐射原理英文回答：A helical antenna is a type of radio antenna that consists of a conducting wire wound in the shape of a helix. The helix is usually mounted on a cylindrical or conical support structure. The pitch of the helix (the distance between adjacent turns) and the diameter of the wire determine the antenna's resonant frequency.Helical antennas are widely used in a variety of applications, including:Satellite communications.Mobile communications.Radar.Navigation.Medical imaging.The radiation pattern of a helical antenna is determined by the number of turns in the helix, the pitch of the helix, and the diameter of the wire. A helical antenna with a large number of turns will have a narrow beamwidth, while a helical antenna with a small number of turns will have a wide beamwidth. The pitch of the helix affects the antenna's gain and bandwidth. A helical antenna with a small pitch will have a high gain and a narrow bandwidth, while a helical antenna with a large pitch will have a low gain and a wide bandwidth. The diameter of the wire affects the antenna's input impedance. A helical antenna with a large diameter wire will have a low input impedance, while a helical antenna with a small diameter wire will have a high input impedance.中文回答：螺旋天线的结构与辐射原理。
天线知识(补充)
判断题：天线前后比越大方向性越好 （） 天线前后比越大增益越大 （）
极化方式
所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。 当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电 场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。由于电波 的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面 产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信 号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了 能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。 因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。 另外，随着新技术的发展，最近又出现了一种双极化天线。就其 设计思路而言，一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式， 性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是±45°极化 方式。双极化天线组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的 天线，并同时工作在收发双工模式下，大大节省了每个小区的天 线数量；同时由于±45°为正交极化，有效保证了分集接收的良 好效果。（其极化分集增益约为5dB，比单极化天线提高约2dB。）
dBc
dBc，它也是一个表示功率相对值的单位，与 dB的计算方法完全一样。 一般来说，dBc 是相对于载波（Carrier）功 率而言，在许多情况下，用来度量与 载波功率的相对值，如用来度量干扰（同频 干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等） 以及耦合、杂散等的相对量值。 在采用dBc的地方，原则上也可以使用dB替 代。 dB只是表示一个比值,并不是功率增益的单 位!!!
天线知识
天线的概念
天线(Antenna)是在无线电收发系
统中，向空间辐射或从空间接收电磁波 的装置。
是无线电通信系统中必不可少的部分。由于各种 设备要求采用的波段不同，天线的设计也就不同，不 同用途的天线需要设计成各种样式，就是我们通常称 的天线程式。如在长、中、短波段，一般用导线构成 天线，有T形、倒L形、环形、菱形、鱼骨形、笼形天 线等。在微波波段，用金属板或网制成喇叭天线，抛 物面天线，金属面上开槽的裂缝天线，金属或介质条 排成的透镜天线等。
天线端口(Antenna Port)和参考信号(Reference Signal)的关系
LTE下行物理层传输机制（1）-天线端口Antenna Port和小区特定参考信号CRS1.天线端口（Antenna Port）和参考信号（Reference Signal）的关系天线端口是一个逻辑上的概念，它与物理天线并没有一一对应的关系。
在下行链路中，天线端口与下行参考信号（Reference signal）是一一对应的：如果通过多个物理天线来传输同一个参考信号，那么这些物理天线就对应同一个天线端口；而如果有两个不同的参考信号是从同一个物理天线中传输的，那么这个物理天线就对应两个独立的天线端口。
R9协议定义了四种下行参考信号，天线端口与这些参考信号的对应关系如下：（1）小区特定参考信号（Cell-specific reference signals，CRS），或小区专用参考信号。
CRS支持1个、2个、4个三种天线端口配置，对应的端口号分别是：p=0，p={0，1}，p=｛0，1，2，3｝。
（2）MBSFN参考信号（MBSFN reference signals），只在天线端口p=4中传输。
这种信号用的不多，本文不涉及。
（3）UE特定参考信号（UE-specific reference signals），或UE专用参考信号，有的英文资料中也把这种信号称作解调参考信号（Demodulation reference signals，DM-RS）。
可以在天线端口p=5，p=7，p=8，或p={7，8}中传输。
这块内容在后面的博文中再写。
（4）定位参考信号（Positioning reference signals），只在天线端口p=6中传输。
这种信号用的不多，本文不涉及。
2.小区特定参考信号的结构示意图设计小区特定参考信号（Cell-specific reference signals）的目的并不是为了承载用户数据，而是在于提供一种技术手段，可以让终端进行下行信道的估计。
终端可以通过对小区特定参考信号的测量，得到下行CQI、PMI、RI等信息。
天线辐射方向图及其matlab仿真
天线系数af(antenna_factor)表达式的推导过程_概述说明
天线系数af(antenna factor)表达式的推导过程概述说明1. 引言1.1 概述在无线通信和电磁测量领域，天线是起到收发信号和辐射电磁波的重要设备。
天线的性能评估需要考虑许多因素，其中之一是天线系数（Antenna Factor，简称AF）。
天线系数是描述天线接收或辐射功率与外场电场强度之间关系的一个重要参数。
本文旨在推导天线系数AF 的表达式，通过该表达式可以更准确地计算天线的接收或辐射功率。
1.2 文章结构本文将按如下结构进行叙述：引言部分概述了文章的背景和目的；正文部分详细介绍了相关概念和理论知识；推导过程部分将逐步推导出天线系数AF 的表达式；结论部分对推导过程进行总结，并通过实例验证了AF 表达式的准确性与可靠性。
1.3 目的本文旨在提供一个清晰明了的方法，用以推导出准确计算天线系数AF 的表达式。
通过这个表达式可以更好地评估、设计和优化各种类型的天线系统。
随着近年来无线通信技术和电磁测量技术的迅速发展，对天线性能的要求也越来越高。
推导出准确的AF 表达式，可以帮助工程师更好地了解天线的性能及其在特定外场环境下的表现，从而指导天线系统的优化和改进。
在接下来的正文部分，将详细介绍与天线系数相关的概念和理论知识，并逐步推导出AF 的表达式。
2. 正文在我们探讨天线系数af（antenna factor）表达式的推导过程之前，首先需要了解什么是天线系数以及它的意义。
天线系数af是指天线辐射场强与入射场强之比，它实际上是一个用于描述天线性能的重要参数。
正如我们在前面提到的，天线系数af可以表示为：af = E / Ei其中，E代表天线接收到的辐射场强度，Ei则表示入射到天线上的总场强度。
通过衡量这两个值之间的比例关系，我们可以得到有关天线性能优劣和信号接收质量的信息。
现在让我们来详细介绍如何推导出天线系数af的表达式。
首先需要明确一点，在进行推导之前，我们需要知道所使用的具体天线类型以及其特性参数。
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9-1短雙極(Short Dipole)~1
短的天線長度與波長比較起來非常短，在天線上流動的 電流大小可以被當成是均勻分佈。 短雙極天線(short dipole)又叫做Hertzian dipole，它的 長度l遠小於波長λ。
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天線的種類
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天線偏振(antenna polarization) 天線阻抗(antenna impedance) 輻射源(radiation source) 遠場範圍(far-field region)
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概論(Overview)
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互易性(Reciprocity)
天線輻射場型(antenna radiation pattern)或天線場型 (antenna pattern):天線輻射功率的相對分佈函數。 等向性(isotropic)天線：天線輻射在各方向都相等。 天線是個互易性(reciprocity)裝置，它所發射的輻射場型， 也可以接收同樣的場型。 並非所有天線都是互易裝置，固態天線若跟半導體或磁 性物質在一起就不是互易裝置了。
1 ~ ~ S av Re E H 2
對於短雙極來說，
2 0 k 2 I 0 l 2 2 ˆ ˆ ˆ sin R S0 sin 2 R S av S ( R, ) R 32 2 ห้องสมุดไป่ตู้ 2
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天線指向性(Antenna Directivity)
指向性D定義為
Fmax 1 4 D 1 Fav p 4 F ( , ) d 4 對於等方向天線 4 , D 1
p iso
~ I 0 是電流密度(current density)，s是雙極線的截 J z ˆ s
面積(cross sectional area)。
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短雙極(Short Dipole)~5
dv’=sdz 積分範圍由=-l/2到+l/2
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短雙極的遠場近似值(Far Field Approximation)
因Ｒ>>λ，所以kR＝2πR/λ>>1，於是
1 1 1 2 kR (kR) (kR)3
遠場只需要用
jI 0lk e jkR ~ E 0 sin 4 R ~ jI 0lk e jkR E ~ H sin 4 R 0
p 4 F ( , )d
對於一個等方向性天線來說，
F ( , ) 1, p 4
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束寬(beamwidth) 半功率束寬(half-power beamwidth)
2 1
R 2 S max F ( , )d
4
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天線場型(Antenna Pattern)
上 升 平 面 (Elevation plane)也叫做平面。 幅 角 平 面 (Azimuth plane) ， =90o 的 平 面。 主 平 面 (Principle plane)，指上升平面+ 幅角平面。 F(dB)=10logF
dA R 2 sin dd
面積dA對應的立體角 (solid angle)定義為 dA d sin dd 2 R
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9-2 天線輻射特性~2 (Antenna Radiation Characteristics)
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例9-1 決定下圖的(a)最大輻射方向(b)場型立體角 (c )指向 性(d)在y-z平面上的半功率束寬, F ( , ) cos 2
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短雙極(Short Dipole)~2
i (t ) I 0 cos t Re[ I 0e jt ]
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短雙極(Short Dipole)~3
10
短雙極(Short Dipole)~4
~ A 定義為
0 ~ A( R ) 4
~ J e jkR' v ' R' dv'
μ0是自由空間的磁化率(the magnetic permeability of free space)=4π× 10-7(henry/m) k是波數(wavenumber)=2π/λ
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主瓣(main lobe)與旁瓣(side lobe)
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場型立體角(pattern solid angle)
場型立體角定義如下：
找 位 於 Q 點 的 電 場 和 磁 場 ， 可 由 向 量 位 (vector potential) A來求。
~ A的位置函數是 A ，它與電場和磁場之間的關係是
~ ~ A H
0
~ ~ H E j 0
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短雙極的功率密度(Power Density)~1
功率密度就是波映亭向量(Poynting vector) 的時間平均 值。
CH.4 輻射和天線
吳鳳技術學院 電子工程系 黃仁芬編寫
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本章內容
概論 短雙極 天線輻射特性 半波雙極天線 任意長度的雙極天線 一個接收天線的有效面積 Friis傳輸公式 大孔徑天線的輻射 矩型孔徑有著均勻孔徑分佈 天線陣列 N個陣列有著均勻相位分佈 陣列的電子掃描
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短雙極(Short Dipole)~6
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短雙極(Short Dipole)~7
將 z cosR sin 代入 ˆ ˆ ˆ
D也可表示成
4R 2 S max S max D Prad S av
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4 4 D p xz yz
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短雙極(Short Dipole)~8
從
~ ~ A H
0
~ H ~ E j 0
得到
I 0lk 2 jkR j 1 ~ H e [ ] sin 2 4 kR (kR ) 2 I 0lk 2 1 j ~ jkR ER 0e [ ] cos 2 3 4 (kR ) (kR ) I 0lk 2 1 j ~ jkR j E 0e [ ] sin 2 3 4 kR (kR ) (kR )
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9-2 天線輻射特性~1 (Antenna Radiation Characteristics)
一個接收天線有著相同的指向性天線場型(directional antenna pattern)，如同它操作在傳送模態時的場型。 右圖的小面積dA它輻射的功率為 ˆ dPrad S av dA S av RdA SdA
0 I 0l e jkR ~ ˆ ˆ A (cos R sin ) R 4