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本文原創(chuàng)：硬件大熊，作者：雕塑者
本文轉(zhuǎn)自ST官網(wǎng)《AN4190應(yīng)用筆記 天線選擇指南》，作者Placido De Vita。這篇應(yīng)用筆記介紹了短距離設(shè)備應(yīng)用在那個使用何種天線時要考慮的最重要參數(shù)，很有參考價值，分享給各位讀者——
引言
天線是通信系統(tǒng)非常重要的組成部分。根據(jù)定義，天線是用來將在導(dǎo)體上傳輸?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E5%B0%84%E9%A2%91/">射頻信號轉(zhuǎn)換為自由空間中的電磁波（發(fā)送模式），以及將射頻電磁波轉(zhuǎn)換為電信號（接收模式）的設(shè)備。
天線的選擇對于發(fā)射-接收通信系統(tǒng)非常重要。天線必須能夠有效地進(jìn)行輻射或接收，這樣就不會浪費(fèi)所提供的電力。
本應(yīng)用筆記介紹了在決定短距離設(shè)備應(yīng)用中使用何種天線時要考慮的最重要參數(shù)。
本應(yīng)用筆記的第一部分介紹了天線理論。討論了主要的天線參數(shù)，如輻射方向圖、增益、阻抗匹配、帶寬、尺寸等。
本文檔的第二部分介紹了不同的天線類型。
1 天線理論
天線性能參數(shù)和用于描述天線的語言可能會令人困惑，有時甚至?xí)a(chǎn)生誤導(dǎo)。然而總體上來說還是有很多方法可以描述清楚好的天線系統(tǒng)有哪些東西構(gòu)成，由于天線設(shè)計(jì)本身會包含各種目標(biāo)需求之間的沖突，大多數(shù)的設(shè)計(jì)或多或少地都會反映出在各種屬性或參數(shù)之間所做的折衷或權(quán)衡。因此，在設(shè)計(jì)之前重新查閱下天線的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)是至關(guān)重要的。在此過程中個，如何使用更為完整和精確的術(shù)語變得尤為重要。多年來，為了標(biāo)準(zhǔn)化天線術(shù)語，已經(jīng)做了很多努力。目前，事實(shí)上的天線術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)是由美國電氣和電子工程師協(xié)會（ IEEE）制定的。因此本文檔中涉及的相關(guān)天線參數(shù)也是依照此標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。
1.1 天線和輻射方向圖
天線輻射方向圖在IEEE標(biāo)準(zhǔn)中定義為“表征由天線產(chǎn)生的電磁場量的空間分布”。換句話說，天線輻射方向圖或天線方向圖被定義為天線的輻射特性的數(shù)學(xué)函數(shù)或圖形表示，作為空間坐標(biāo)的函數(shù)，如圖 1中所示。輻射特性包括功率通量密度、輻射強(qiáng)度、場強(qiáng)度和方向性相位或極化。
大多數(shù)情況下，輻射方向圖是在遠(yuǎn)場區(qū)域中確定的，并且表示為方向坐標(biāo)的函數(shù)。即是在球坐標(biāo)系中，固定半徑范圍分布在Θ和Φ之間（參見圖 1）。
由于信息的三維特性，天線輻射方向圖的解釋可能是有問題的。輻射方向圖的三維圖的復(fù)雜性有時會使細(xì)節(jié)模糊不清。實(shí)際上，輻射圖的三維圖在呈現(xiàn)定量信息方面的價值有限。因此，通常會給出輻射方向圖的二維“切面”。特別是，經(jīng)常給出所謂的E和H平面的切面。
1.1.1 各向同性、定向和全向方向圖
各向同性輻射體定義為在所有方向上具有同等輻射的“假想的”無損天線。雖然這種天線是理想的并且在物理上是不可實(shí)現(xiàn)的，但它對于實(shí)際天線的方向?qū)傩缘谋硎揪哂袇⒖甲饔谩?/p>
定向天線是指在某些方向上具有比其他方向更高電磁波輻射或接受效率的天線。
全向天線定義為在給定平面中具有基本上無方向性的方向圖，而在任意正交平面中具有方向性方向圖的天線。全向方向圖是一種特殊類型的方向圖。在x-y平面中具有全向輻射方向圖的天線的示例如圖 2中所示。
1.1.2 主要方向圖
對于線性極化天線，其性能通常根據(jù)其主要的E和H平面方向圖來描述。
E平面定義為包含電場矢量和最大輻射方向的平面。
H平面定義為包含磁場矢量和最大輻射方向的平面。
E和H平面是正交平面。通常僅檢驗(yàn)三維輻射方向圖的E和H平面切面就足夠了。E和H平面輻射方向圖的一個例子如圖 3中所示。
1.1.3 場區(qū)域
輻射方向圖的各個部分被稱為波瓣，其可以被細(xì)分為主瓣、副瓣、旁瓣和后瓣。
輻射波瓣是由輻射強(qiáng)度相對弱的區(qū)域界定的一部分輻射方向圖。圖 4展示了具有多個輻射波瓣的對稱三維極性方向圖。
主瓣（也稱為主波束）定義為包含最大輻射方向的輻射波瓣。
除了主瓣以外的任何波瓣都是副瓣。副瓣通常代表不需要的方向上的輻射，這些副瓣應(yīng)該最小化。
波束寬度是主瓣的半功率（ -3dB，此時參考主瓣的峰值有效輻射功率）點(diǎn)之間的角度，以度表示。
1.1.4 輻射方向圖波瓣
天線周圍的空間通常細(xì)分為三個區(qū)域：
感應(yīng)近場
輻射近場，也稱為Fresnel區(qū)域
遠(yuǎn)場，也稱為Fraunhofer區(qū)域
在天線的感應(yīng)近場區(qū)中，非輻射場分量占主導(dǎo)地位。術(shù)語“感應(yīng)近場”源于這樣的事實(shí)：對于諸如電小偶極子等非諧振天線，感應(yīng)功率在近場和場源之間，或近場和外部匹配網(wǎng)絡(luò)之間循環(huán)，也有可能兩種循環(huán)同時存在。嚴(yán)格的IEEE定義是“緊鄰天線的近場區(qū)域部分，其中感應(yīng)場占主導(dǎo)地位”。因此，對于類偶極子天線，該區(qū)域中的能量主要是電能或磁能。對于電小天線，感應(yīng)近場取為延伸到距天線約R ~ l / 2p的距離。
在輻射近場中，輻射場占主導(dǎo)地位，但角視場分布取決于距天線的距離。嚴(yán)格的IEEE定義是“遠(yuǎn)場和近場區(qū)感應(yīng)部分之間的那部分天線近場區(qū)，其中角視場分布取決于距天線的距離”。如果天線較大，則與波長相比，輻射近場的外邊界取為R ~ 2D2 / l。
天線的遠(yuǎn)場區(qū)是天線周圍區(qū)域中，距離天線足夠遠(yuǎn)、僅輻射場分量顯著的區(qū)域。換句話說，遠(yuǎn)場是指天線場區(qū)中，角視場分布基本上與到天線區(qū)域中指定點(diǎn)的距離無關(guān)的場區(qū)。在遠(yuǎn)場中，場分量是正交的，并且能量在電、磁儲能之間均分。
圖 5中，顯示了三個不同區(qū)域之間的分隔。
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