传输线的理论基础

『壹』 电磁场能在空间传播为什么还要传输线，还有传输线到底传输的是电流还是电磁波。谢谢了。

电磁波在空中是自然传播也就是说是随自然环境不断变化的 ，不受人为控制内的。而我们有时是需要控制容其方向，角度和强度的，为此就要用到传输线，传输线实际是一种波导，和矩形波导、圆形波导属于一类，此外还有同轴线，基带传输线等。这在大学的微波技术基础中都有详细讲解。传输线确切的来说传输的是电磁波而不再是电流，因为波长远小于传输线尺寸，由于趋肤效应，能量在两根传输线之间以电磁波形式传输，这点可以参照麦克斯韦的电磁波理论推知。此外在分析传输线时已经不再用低频电子的电路理论而是用集总参数计算，这也在侧面说明传输是以电磁形式进行的。日常生活中我们的同轴线就是一个典型的例子，一般人看来内芯与外芯构成了电路回路，实则是由电磁波在内外芯之间传播来输送信号的。
我学的电磁专业，可供参考，相互交流。

『贰』 天线接收信号的原理

接收信号的原理：

电磁波从发射天线辐射出来以后，向四面传播出去，若电磁波传播的方向上放一对称振子，则在电磁波的作用下，天线振子上就会产生感应电动势。如此时天线与接收设备相连，则在接收设备输入端就会产生高频电流。

这样天线就起着接收作用并将电磁波转化为高频电流，也就是说此时天线起着接收天线的作用，接收效果的好坏除了电波的强弱外还取决于天线的方向性和半边对称振子与接收设备的匹配。

电磁波的接收率又和这个振荡电路本身的频率有关。

如果两个频率相同，达到“共振”，就会很强。 想吸收可见光，那要纳米级的天线，还要光频的震荡电路，这都是不可能的。所以我们不能用天线接收无线电波的方法接收光波。

天线的吸收率很明显比较低，一般来讲，比太阳能电池板低很多。

(2)传输线的理论基础扩展阅读：

移动通信常用的基站天线、直放站天线与室内天线。

1、板状天线

无论是GSM 还是CDMA， 板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能 可靠以及使用寿命长。

板状天线也常常被用作为直放站的用户天线，根据作用扇形区的范围大小，应选择相应的天线型号。

2、天线指标

频率范围： 824-960 MHz

频带宽度： 70MHz

增益： 14 ~ 17 dBi

极化： 垂直

标称阻抗： 50 Ohm

电压驻波比≤ 1.4

前后比 >25dB

3、板状天线

（1）采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵

（2）在直线阵的一侧加一块反射板 （以带反射板的二半波振子垂直阵为例）

增益为 G = 11 ~ 14 dBi

（3）为提高板状天线的增益，还可以进一步采用八个半波振子排阵

前面已指出，四个半波振子排成一个垂直放置的直线阵的增益约为 8 dBi；一侧加有一个反射板的四元式直线阵，即常规板状天线，其增益约为 14 ~ 17 dBi。

一侧加有一个反射板的八元式直线阵，即加长型板状天线，其增益约为 16 ~ 19 dBi。 不言而喻，加长型板状天线的长度，为常规板状天线的一倍，达 2.4 m 左右。

4、 高增益栅状

从性能价格比出发，人们常常选用栅状抛物面天线作为直放站施主天线。由于抛物面具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，直径为 1.5 m 的栅状抛物面天线，在900兆频段，其增益即可达 G = 20dBi。它特别适用于点对点的通信，例如它常常被选用为直放站的施主天线。

抛物面采用栅状结构，一是为了减轻天线的重量，二是为了减少风的阻力。

抛物面天线一般都能给出 不低于 30 dB 的前后比 ，这也正是直放站系统防自激而对接收天线所提出的必须满足的技术指标。

5、 八木定向天线

八木定向天线，具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。因此，它特别适用于点对点的通信，例如它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型。

八木定向天线的单元数越多，其增益越高，通常采用 6 - 12 单元的八木定向天线，其增益可达 10-15dBi。

6、 室内吸顶天线

室内吸顶天线必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。

现今市场上见到的室内吸顶天线，外形花色很多，但其内芯的构造几乎都是一样的。这种吸顶天线的内部结构，虽然尺寸很小，但由于是在天线宽带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试。

所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求，按照国家标准，在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为VSWR ≤ 2 。当然，能达到VSWR ≤ 1.5 更好。顺便指出，室内吸顶天线属于低增益天线, 一般为G = 2 dBi。

7、 环形天线

环形天线和人体非常相似， 有普通的单极或多级 [1] 天线功能。再加上小型环形天线的体积小、高可靠性和低成本，使其成为微小型通信产品的理想天线。典型的环形天线由电路板上的铜走线组成的电回路构成，也可能是一段制作成环形的导线。其等效电路相当于两个串连电阻与一个电感的串连( 如图1 所示) 。Rrad 是环形天线实际发射能量的电阻模型，它消耗的功率就是电路的发射功率。

假设流过天线回路的电流为I，那么Rrad 的消耗功率，即RF 功率为Pradiate=I2·Rrad。电阻Rloss 是环形天线因发热而消耗能量的电阻模型，它消耗的功率是一种不可避免的能量损耗，其大小为Ploss=I2·Rloss。

如果Rloss>Rrad，那么损耗的功率比实际发射的功率大，因此这个天线是低效的。天线消耗的功率就是发射功率和损耗功率之和。实际上，环形天线的设计几乎无法控制Ploss 和Prad，因为Ploss 是由制作天线的导体的导电能力和导线的大小决定的，而Prad 是由天线所围成的面积大小决定的。

8、 室内壁挂天线

室内壁挂天线同样必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。

现今市场上见到的室内壁挂天线，外形花色很多，但其内芯的购造几乎也都是一样的。这种壁挂天线的内部结构，属于空气介质型微带天线。由于采用了展宽天线频宽的辅助结构，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能较好地满足了工作宽频带的要求。顺便指出，室内壁挂天线具有一定的增益，约为G = 7 dBi。

参考资料：网络-天线