RF電路設計講座(1)射頻、微波天線技術探微
天線在無線電系統里的功能是什么呢?答案是,它是一個「門」、一個接口,透過它,射頻能量可以從發射機輻射到外面世界;或從外面世界到達接收機。底下將討論各種天線系統的技術。
天線特性 天線具有以下的特性和參數: 1. 輻射極場圖型(radiation polar
pattern):天線會向四周輻射電磁波,以天線為中心,電磁場在各方向的強度可以用圖形描繪出來。 2. 指向性(directivity)
3. 效率 4. 增益 5. 等效面積 6.
相互性(reciprocity):也叫作Rayleigh-Carson定理。當電壓E作用在A天線上,促使B天線產生電流I。此時,使用相同的電壓E作用在B天線上,會在A天線上產生振幅和相位都相同的電流I。
7. 接收的噪聲功率 8. 終端阻抗,包括輻射電阻。 9. 接收系統的效益指數(G/T):G是天線的增益,T是噪聲溫度(noise
temperature)。天線的接收靈敏度和G/T值大小有關,若G/T愈高,表示天線對微弱訊號愈敏感,接收效果也愈好。「噪聲溫度」是很抽象的觀念,它的定義應該用數學公式表示。但若要以純文本描述的話,可以這么說:在一個通訊系統或被測組件里,當頻率不變時,被動組件系統的溫度會使每單位帶寬的噪聲功率(noise
power)ρ增加,當被動組件系統的ρ值等于此通訊系統的ρ值時,所得到的溫度就是「噪聲溫度」。請注意,被動組件是包含在此通訊系統或被測組件里面,有時此被測組件也被稱作「網絡的真正終端裝置(actual
terminals of a
network)」。例如:一個單純電阻的「噪聲溫度」就是此電阻的真正溫度;但是,一顆二極管的「噪聲溫度」可能是此二極管(真正的終端裝置)的真正溫度(接腳測量到的溫度)之數倍之多。噪聲溫度是以絕對溫度(-273oC)為零度,單位是K(Kelvin
)。 天線類型 辨別下列數種分類法有助于為天線分類: *輻射元素 *反射器天線 *輻射元素數組 輻射元素包括: *產生外場的電流天線
*擁有特定場分布的孔徑天線(aperture antenna) 電流天線 電流天線的形式包含了: *線形雙極(wire dipoles)
*線形單極(wire monopoles) *線形環路(wire loops) *螺旋輻射器(helical radiators)
*槽型天線 (slot antenna,雙線形天線) *微帶補片天線(microstrip patch antenna) 共振半波雙極
線形雙極具有普遍的外型與大小,如下圖所示: 雙極是雙極數組的基本元素,一個圓柱狀雙極(cylindrical dipole)是大約在 l =
0。95(λ/2) 處共振。一個雙極近共振的饋點電抗,大約與縮短過的四分之一波長的Z0
=1000奧姆之電線相同。等效傳輸的阻抗是天線大小的函數,如下圖所示: 取得共振(X = 0),從正確的半波長縮短之百分比,顯示如下。
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