天线的基本参数

为了衡量天线的性能和特性，我们通常可以通过一些天线的基本参数来了解。这些参数主要有：
谐振频率
谐振频率与天线的电长度相关。电长度通常是天线用于发射和接收电磁波的有效尺寸。天线的电长度通常由波长来表示。由于有谐振频率的限制，天线一般在某一频率调谐，并在以此谐振频率为中心的一段频带上有效。同时，天线的一些其它参数，如，方向图和阻抗也会随着频率的变化而变化。所以天线的谐振频率可能仅与这些重要参数的中心频率相近。
在我们生活中常见的无线数据通信系统，如Wi-Fi无线路由器，无线网卡，他们大多工作于2.4~2.5GHz的频率范围，因此，这些设备的天线谐振频率为2.4GHz。理想的中心频率应该为2.45GHz。
天线可以在与目标波长成分数关系的长度所对应的频率下谐振。一些天线设计有多个谐振频率，另一些则在很宽的频带上相对有效。最常见的宽频天线是对数周期天线，但是它的增益相对于窄带天线则要小得多。
增益
天线设计中，增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。可以这样来理解增益的物理含义，为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100 / 20 = 5W。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，是把输入功率放大的倍数。

天线的增益是无源现象，天线本身并不增加激励能量，而是仅仅重新分配能量而使某个方向上比理想的全向天线辐射更多的能量。如果天线在某一方向上的增益为正，由于能量守恒，它在其它方向上的增益则为负。因此，天线所能达到的增益要在所需要的覆盖范围和他的增益之间达到平衡。比如，微波通讯的蝶形定向天线，它的增益在蝶形面圆心轴线上很大，但覆盖范围很窄。所以通常在两个微波通讯站之间，两组天线必须在同一轴心上正对。这样不仅可以增加通讯距离，改善信号强度，同时也能使得微波通讯避免其它干扰。
方向图
方向图是天线发射或接收相对场强的图形描述。由于天线向三维空间辐射能量，因此需要数个圆形图来描述。方向图也是天线辐射的电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形。用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。在移动通信工程中，通常用功率方向图来表示。

功率密度方向图
带宽
无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围内工作的，通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小，据此可定义天线的频率带宽。有几种不同的定义：
一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度；另一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。一般说来，在衡量无线产品天线性能时，我们通常用第二种带宽来解释其特性。天线的带宽也可以通过多种技术进行调整，如改变结构或宽度等，一般说来，小型天线使用方便，但是在频宽，尺寸和效率的比值上存在不可避免的限制。
阻抗
天线的阻抗类似于光学中的折射率。电磁波穿行于天线系统中的不同部分（馈线，天线，空气）会遇到阻抗差异。在每个介面处需要阻抗匹配，如果不匹配，电磁波的部分能量会反射掉，形成反射波，在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间，这种合成波称为行驻波。波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比（VSWR）。电压驻波比为1:1是理想情况。1.5:1的驻波比在能耗较为关键的低能应用中被视为临界值。
天线的复阻抗与该天线工作时的电长度有关。通过调节馈线的阻抗，即将馈线当作阻抗变换器和天线的电长度可以调节天线的匹配阻抗。
阻抗的匹配
馈线终端所接负载阻抗ＺL 等于馈线特性阻抗Ｚ0 时，称为馈线终端是匹配连接。匹配时，馈线上只存在传向终端负载的入射波，而没有由终端负载产生的反射波，因此，当天线作为终端负载时，匹配能保证天线取得全部信号功率。当天线阻抗为 50欧时，与50欧的电缆是匹配的，而当天线阻抗为80欧时，与50欧的电缆是不匹配的。
在不匹配的情况下, 馈线上同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅Ｖmax ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Ｖmin ，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。
传输线/馈线
连接天线和发射（或接收）机输出（或输入）端的导线称为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量。因此它应能将天线接收的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，或将发射机发出的信号以最小的损耗传送到发射天线的输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号。这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡。
超短波段的传输线一般有两种：平行线传输线和同轴电缆传输线（微波传输线有波导和微带等）。平行线传输线通常由两根平行的导线组成。它是对称式或平衡式的传输线。这种馈线损耗大，不能用于UHF频段。同轴电缆传输线的两根导线为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。

新型小型化天线 --  微带天线
由于目前的无线通讯器材普遍具有重量轻，尺寸小的特点。这对我们无线系统上的传统天线提出了挑战。怎样才能使得在保持灵敏度的基础上，利用最少的成本将天线小型化，一直困扰着天线设计专家。
微带天线的概念早在1953年就已提出，但当时未引起工程界的重视。在50，60年代只有一些零星的研究，真正的发展和实用是在70年代。由于微波集成技术的发展以及各种低耗介质材料的出现，微带天线的制作得到了工艺保证。
微带天线有多种形式，常用的微带天线是在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻，腐蚀等方法做出一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。
另一种微带天线是微带缝隙天线。它是把上述接地板刻出串口即缝隙，而在介质基片地另一面印制出微带线对缝隙馈点。无论贴片天线或缝隙天线，都可以纷呈谐振型（驻波型）和非谐振型（行波型）微带天线。驻波型微带天线有特定的谐振尺寸，一般只能工作在谐振频率附近；而后一类天线没有谐振尺寸的限制，它的末端要加匹配负载以保证传输行波。
微带天线一般应用于1GHz~50GHz，特殊的微带天线可以用在几十兆赫的频率。和常用的天线相比它有，体积小，重量轻，低剖面，能与载体共型，易于得到各种极化，特殊设计的微带元还可以在双频或多频工作，它还能与电路集成为统一的组件，因此适合大规模生产，简化了制作，降低了成本。当然，它也有一些缺点，比如，谐振式微带天线频带较窄。微带天线损耗较大，效率较低特别是行波微带天线。同时，微带天线的功率容量比较小。
代客设计各类天线
力优勤电子技术（上海）有限公司，开发的无线通信模块，主要适用于ISM无线频段系统，基于此模块系统的天线主要分：外置天线和PCB板基天线。外置天线一般为全向天线，它的输入阻抗为50欧姆，由SMA接口与射频电路相连。由于板级天线与应用系统有着紧密的关系, 但是由于受到电路板地、厚度、元器件、以及屏蔽罩, 无线应用系统对天线极化的特殊要求等因素的影响，不同的无线设备需要不同设计的天线来达到最好的通讯效果。 为了提高天线设计的成功率，必要的数学模型和仿真是必不可少的设计手段。由于天线的仿真与实测值之间总是存在一定的差距，当内置板级天线做好后，还需要不断的调试，微调包括天线尺寸和匹配电路在内的所有射频电路。这是一个十分专业化的过程。上海力优勤电子技术有限公司的专业天线及微波电路设计人员，能够根据客户特殊的需求为用户定制各种不同的板级天线。并提供与之相关的所有技术资料。