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发表于 2018-9-12 09:52:50 |显示全部楼层
本帖最后由 xzclass 于 2018-9-12 11:01 编辑

大家好,我是小枣君。

今天我要给大家介绍的,是天线

嗯,就是这个东东:

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天线,是我们生活中很常见的一种通讯设备。但是,大部分人其实对它并不了解,可能只知道它是收发信号的。

所以,小枣君用一个礼拜的时间,憋了一个大招,码出了这篇文章——

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本文面向零基础读者,专业或非专业人士,皆可阅读,绝对通俗易懂,干货满满。
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废话不多说,直入正题!

话说,自从1894年老毛子科学家波波夫成功发明了天线之后,这玩意迄今已有124年的历史(数了3遍,应该没错)。

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波波夫和他的发明

在这漫长的历史长河之中,它对人类社会发展和进步做出了卓绝的贡献。

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二战中屡立奇功的英国雷达天线

如今,不管是老百姓日常工作生活,还是科学家进行科研探索,都离不开天线君的默默奉献。

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天线究竟是一根什么样的“线”,为什么会如此彻底地改变我们的生活?

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其实,天线之所以牛逼,就是因为电磁波牛逼。

电磁波之所以牛逼,一个主要原因就是,它是唯一能够不依赖任何介质进行传播的“神秘力量”。即使在真空中,它也能来去自如,而且转瞬即至。

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电磁波效果图

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电磁波传播示意图

想要充分利用这股“神秘力量”,你就需要天线。

在无线电设备中,天线就是用来辐射接收无线电波的装置。

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天线的英文名:Antenna(也有触须、直觉之意)

再通俗点,天线就是一个“转换器”——把传输线上传播的导行波,变换成在自由空间中传播的电磁波,或者进行相反的变换。

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天线的作用

什么叫导行波

简单来说,导行波就是一种电线上的电磁波。

天线是怎么实现导行波和空间波之间转换的呢?

看下图:
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中学物理学过,两根平行导线,有交变电流时,就会形成电磁波辐射

两根导线很近时,辐射很微弱(导线电流方向相反,产生的感应电动势几乎抵消)。

两根导线张开,辐射就会增强(导线电流方向相同,产生的感应电动势方向相同)。
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当导线的长度增大到波长的1/4时,就能形成较为的辐射效果!

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有了电场,就有了磁场,有了磁场,就有了电场,如此循环,就有了电磁场和电磁波。。。

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电生磁,磁生电

再来个动图,大家感受一下这个优美的过程:

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导线电流方向的变化,产生了变化的电场

产生电场的这两根直导线,就叫做振子

通常两臂长度相同,所以叫对称振子

长度像下面这样的,叫半波对称振子

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半波对称振子

把导线两头连起来,就变成了半波对称折合振子

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半波对称折合振子

有点像刷墙的油漆刷子。

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对称振子是迄今最为经典,使用最为广泛的天线。

理论还是有点枯燥啊,赶紧的,我们来结合一下实物。

真实世界中的振子,是个什么样?

Duang!就是这样——

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就是这么个金属片。。。半波对称振子(非折合)

好吧,其实上面这个只是振子的一个传统形态,它还有N种变(身)态:

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造型怪异的振子

懵逼了吧?如果说振子就是天线,那这哪里是天线嘛?我们现实生活中看到的天线不是这个鸟样啊?

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确切地说,振子不是一个完整的天线。振子是天线的核心部件,形态会随天线的形态变化而变化。

而天线的形态,实在是太TM多了。。。多了。。。了。。。

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总而言之,成百上千。。。
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虽然天线的形态千奇百怪,但是根据相似度,也可以进行大致归类。

按波长分:中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线...
按性能分:高增益天线、中增益天线...
按指向分:全向天线、定向天线、扇区天线...
按用途分:基站天线、电视天线、雷达天线、电台天线...
按结构分:线天线、面天线...
按系统类型分:单元天线、天线阵...
……

如果按照外型来分,常见的几种,如下图:

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鞭状天线

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抛物面天线

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八木天线

PS:八木天线并不是八根木头,虽然我数学不好,但是八我还是数得来的。之所以叫八木,是因为它是二十世纪20年代日本人八木秀次和宇田太郞发明的,叫“八木宇田天线”,简称“八木天线”(可怜的宇田)。

我们通信汪最关心的,当然是——通信基站天线

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基站天线,是基站天馈系统的组成部分,也是移动通信系统的重要组成部分。

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基站天线一般分为室内天线室外天线

室内天线通常包括全向吸顶天线定向壁挂天线等。

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我们重点说说室外的。

室外基站天线也分为全向的和的。定向天线再细分为定向单极化天线定向双极化天线

什么是极化?别急,我们待会再说。我们先说说全向定向

其实顾名思义,全向天线就是向四周发射和接收信号的,而定向天线,是向指定方向。

室外全向天线,是这样的:

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就是一根棒子,有粗的,也有细的。

它里面的振子,是这样的:

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相比全向天线,现实工作生活中,定向天线使用最为广泛

它大部分时候看上去就是一个板子,所以叫板状天线

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板状天线,主要由以下部分组成:
  • 辐射单元(振子)
  • 反射板(底板)
  • 功率分配网络(馈电网络)
  • 封装防护(天线罩)


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之前我们看到那些奇怪形状的振子,其实都是基站天线的振子。

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大家注意到没,这些振子的角度,有一定的规律:要么是“+”,要么是“×”。

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嗯,这就是前面我们提到的“极化”。

无线电波在空间传播时,其电场方向是按一定的规律而变化的,这种现象称为无线电波的极化

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如果电波的电场方向垂直于地面,我们称它为垂直极化波。同理,平行于地面,就是水平极化波。另外,还有±45°的极化。

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不仅如此,电场的方向还可以是螺旋旋转的,叫椭圆极化波。

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双极化,就是2个天线振子在一个单元内,形成两个独立波。

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采用双极化天线,可以在小区覆盖时减少天线的数量,降低天线架设的条件要求,进而减少投资,还能保证覆盖效果。总之,就是好处多多。

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密集恐惧症又犯了。。。





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甩个文档PPT啥的来看看啊

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不错

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非常不错的科普介绍!
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很棒的介绍,一知半解的我 ,涨知识了。

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