射頻天線
天線是用來接收或發送無線電信号的裝置，它可以是用來接收無線電波的天線，也可以是用來發送無線電波的天線。天線的類型有很多種，常見的有偶極天線、方向性天線、天線陣列等。在通信領域中，天線起着非常重要的作用，它直接影響到無線信号的傳輸品質和距離。
方向性
天線的方向性是天線在不同方向上接收或發射無線信号的能力。方向性較強的天線在特定方向上具有較高的增益，而在其他方向上的增益較低。天線的方向性通常用指向性圖來描述，指向性圖顯示了天線在不同方向上的輻射模式。
在天線工程中，常用的指向性參數包括主瓣寬度、副瓣水準和垂直角度、前後比等。這些參數可以幫助工程師評估天線在不同方向上的性能，進而選擇合适的天線用于特定的應用場景。
可以使用以下方式表示天線的方向性：
- 主瓣寬度：HPBWHPBWHPBW
- 副瓣水準和垂直角度：SLLSLLSLL和SVLSVLSVL
- 前後比：F/BF/BF/B
駐波比
天線的駐波比（Standing Wave Ratio，SWR）是衡量天線性能的重要名額之一。它是天線輸入端的阻抗比對情況的訓示，也可以反映天線的輻射效率和性能穩定性。
天線的駐波比可以通過以下公式計算：
[ SWR = \frac{Z_{\text{max}}}{Z_{\text{min}}} ]
其中，(Z_{\text{max}}) 是天線輸入端的最大阻抗，(Z_{\text{min}}) 是天線輸入端的最小阻抗。
通常情況下，天線的理想駐波比為1，表示天線輸入端的阻抗完全比對，沒有反射波。當駐波比大于1時，表示存在阻抗不比對，會導緻信号的部分反射，影響天線的性能。
dB、dBm、dBi
- dB：分貝（dB）是一種對數機關，用于表示兩個數值之間的比率。它通常用于衡量信号的強度、功率的增益或損失等。計算公式為：[ \text{dB} = 10 \log_{10} \left( \frac{P}{P_0} \right) ] 其中，( P ) 是要比較的功率值，( P_0 ) 是參考功率值。
- dBm：分貝毫瓦（dBm）是一種用于表示功率級别的機關，它是相對于1毫瓦（mW）的功率比率。計算公式為：[ \text{dBm} = 10 \log_{10} \left( \frac{P}{1 \text{ mW}} \right) ] 其中，( P ) 是要比較的功率值。
- dBi：分貝增益（dBi）是一種用于表示天線增益的機關，它是相對于理想點源天線的增益。計算公式為：[ \text{dBi} = 10 \log_{10} \left( \frac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}} \right) ] 其中，( P_{\text{out}} ) 是天線輸出功率，( P_{\text{in}} ) 是天線輸入功率。
增益的計算公式為：[ \text{增益} = 10 \log_{10} \left( \frac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}} \right) ] 其中，( P_{\text{out}} ) 是輸出功率，( P_{\text{in}} ) 是輸入功率。
db 是相對值， dbm 是絕對值
方向性增強
天線的方向性增強是天線在特定方向上的輻射能力比其他方向更強。這通常通過改變天線的結構或設計來實作，以便在特定方向上獲得更強的信号傳輸或接收能力。
在天線設計中，常見的方法包括使用定向天線（如定向天線、饋源天線等）、陣列天線（如線性陣列、平面陣列等）或者通過天線的形狀和尺寸來實作方向性增強。
在無線通信中，天線的方向性增強可以幫助減少幹擾、提高信号覆寫範圍、增加通信距離等，是以在實際應用中具有重要意義。
在數學上，天線的方向性增強可以通過天線的輻射圖來描述，輻射圖顯示了天線在不同方向上的輻射功率密度分布。一般來說，方向性增強的天線會在主瓣方向上有更高的輻射功率密度，而在副瓣方向上有較低的輻射功率密度。
波束寬度
波束寬度通常用于描述電磁波或聲波的傳播特性。在無線通信中，波束寬度指的是天線輻射出的電磁波在空間中的覆寫範圍。在聲學中，波束寬度則指聲波在空間中的傳播範圍。
波束寬度可以用以下公式表示：
[ \theta = \frac{c}{D} ]
其中，θ表示波束寬度，c表示波速，D表示天線或聲源的直徑或長度。
帶寬
天線帶寬是天線能夠有效工作的頻率範圍。在無線通信中，天線的帶寬決定了它能夠接收和發送信号的範圍。天線帶寬通常以赫茲（Hz）為機關表示，它取決于天線的設計和材料，以及工作頻率的選擇。天線帶寬的大小直接影響着通信系統的性能和覆寫範圍。
無論是發射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率範圍内工作的，通常，工作在中心頻率時天線所能輸送的功率最大，偏離中心頻率時它所輸送的功率都将減小，據此可定義天線的頻率帶寬。
饋線衰減系數
饋線衰減系數通常用 \alpha 表示，它是衡量信号在傳輸過程中衰減的程度的參數。衰減系數與傳輸媒體的特性以及信号的頻率有關。一般情況下，衰減系數與傳輸距離成正比，傳輸距離越長，衰減越嚴重。
衰減系數可以通過以下公式計算：
\alpha = \frac{10}{L} \log_{10} \left( \frac{P_{\text{in}}}{P_{\text{out}}} \right)
其中，\alpha 表示衰減系數，L表示傳輸距離，P_{\text{in}}表示輸入功率，P_{\text{out}}表示輸出功率
例如，普通的非低耗電纜SYV-9-50-1， 900MHz 時衰減系數為 β ＝ 20.1dB / 100m ，也可寫成 β＝ 3dB / 15m ， 也就是說， 頻率為 900MHz 的信号功率，每經過15m 長的這種電纜時，功率就要少一半。
饋線的比對
饋線的比對是将饋線與其工作頻率下的阻抗進行比對，以確定信号的最大傳輸和最小損耗。饋線的比對可以通過調整饋線的特性阻抗來實作，常見的比對方法包括使用阻抗變換器、比對網絡或者調節饋線的長度和寬度等方式。
在微波和射頻工程中，饋線的比對是非常重要的，因為比對不良會導緻信号的反射和損耗，影響系統性能。是以，設計和實作良好的饋線比對是確定系統性能的關鍵步驟。
在實際工作中，天線的輸入阻抗還會受到周圍物體的影響。為了使饋線與天線良好比對，在架設天線時還需要通過測量，适當地調整天線的結構，或加裝比對裝置。
饋線反射損失
前面已指出，當饋線和天線比對時，饋線上沒有反射波，隻有入射波，饋線上傳輸的是行波，這時，饋線上各處的電壓幅度與電流幅度都相等，饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。
而當天線和饋線不比對時，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時，負載就隻能吸收饋線上傳輸的部分高頻能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。
饋線的反射損失可以通過以下公式計算：
[ \text{反射損失(dB)} = -20 \log_{10} | \Gamma | ]
其中，( \Gamma ) 表示反射系數，可以通過以下公式計算：
[ \Gamma = \frac{Z_L - Z_0}{Z_L + Z_0} ]
其中，( Z_L ) 為負載的阻抗，( Z_0 ) 為饋線的特性阻抗。
天線增益
天線增益通常用機關dBi（dB isotropic）來表示，它是天線相對于理想的等向天線的增益。天線增益可以用以下公式表示：
[ \text{Gain (dBi)} = 10 \times \log_{10} \left( \frac{\text{RPD}}{\text{RPIS}} \right) ]
RPD是天線在特定方向上的輻射功率，RPIS是等向天線的輻射功率。
增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所産生的場強的平方之比，即功率之比。增益一般與天線方向圖有關，方向圖主瓣越窄，後瓣、副瓣越小，增益越高。
行業知識标準
50歐傳輸線的50歐是指它的特征阻抗。特征阻抗是電磁波波導的概念。特征阻抗的計算在理想的情況下并不需要考慮材料導電率，而是認為材料為理想電導體，電導率為無窮大，電流隻在材料表面（此處為同軸電纜芯線的外表面，屏蔽層的内表面）流動，電流在導體上流動沒有電阻和損耗。
特性阻抗不是電阻，是傳輸線的感抗與容抗的比，與長度無關，隻與結構和絕緣材料有關。長電纜确實有電阻會造成信号衰減，但不會改變波形和駐波比。
50歐姆皺紋銅管同軸電纜主要用于地面移動通訊及無線電通訊天線饋線、地面基站用天線跳線、機房用饋線及天線連接配接線、軍用資料資訊傳輸線、超低頻、調幅及調頻無線電廣播系統、地面微波通訊、航空及航海用雷達系統、戰略等便攜式通訊系統等。
50歐姆編織型同軸電纜電氣特性優良，其編織型結構更柔軟，施工十分友善。常用于地面移動通訊及無線電通訊天線饋線、地面基站用天線跳線、機房用饋線及天線連接配接線、軍用資料資訊傳輸線、超低頻、調幅及調頻無線電廣播系統、地面微波通訊系統、航空及航海用雷達系統和戰略等便攜式通訊系統等。
總結
天線是用來發送或接收無線電波的裝置，它可以将電能轉換為無線電波，或者将無線電波轉換為電能。天線的設計和選擇對于無線通信系統的性能至關重要。
天線增益是指天線在特定方向上相對于理想點源天線的輻射功率增益。它是指天線在特定方向上相對于全向輻射的增益。天線增益通常用分貝（dB）來表示。
天線的特性包括頻率響應、輻射圖案、極化、帶寬、駐波比等。這些特性決定了天線在不同工作條件下的性能表現。
饋線是連接配接天線和無線電裝置的導線，常見的饋線材質包括銅、鋁、同軸電纜等。不同的材質會影響饋線的傳輸損耗、阻抗比對等性能。
在天線設計和應用中，有一些行業标準被廣泛采用，例如IEEE、ITU等組織釋出的标準檔案，這些标準檔案包含了天線的設計、測試、應用等方面的規範和指導。
作者：Raysen
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來源：稀土掘金
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