天线基本原理是什么？

天线是一种将电流转换为电磁波的装置，反之亦然。它可以被认为是复杂的电阻 - 电感 - 电容（RLC）网络。在某些频率，它将表现为感抗，而在其他频率则表现为容抗。在特定频率下，两个电抗的幅度相等，但影响相反，因此相互抵消。在这个特定频率下，阻抗是纯电阻性的，天线被认为是谐振的。

这是物理符合理论的地方。共振将发生在感兴趣频率的整数倍或分数处。这些频率对应于波长。该波长是所需的天线长度。该长度必须包含在最终产品中，无论是嵌入外壳内部还是外部连接到设备上。

电磁波的频率通过众所周知的公式λ= c/f与波长相关，其中f是以赫兹（Hz）为单位的频率，λ是以米（m）为单位的波长，c是光速（2.998×10 8 米/秒）。

方程清楚地表明频率越高，波长越短，天线越小。例如，433.92 MHz的波长为0.69 m（~2.3 ft。），916 MHz的波长为0.33 m（~1.0 ft。）。 433.92 MHz是远程无钥匙进入（RKE）系统（如汽车钥匙扣）的常用频率，但显然，2.3英尺的天线无法装入其中。

幸运的是每个人他们想把钥匙放在口袋里，有办法让天线变小。由于谐振将发生在基频的整数分数（1/2,1/3,1/4等），因此可以使用较短的天线来发送和恢复信号。与工程中的所有内容一样，需要权衡利弊。减小天线的尺寸会对天线的效率和阻抗产生一些影响，这会影响系统的最终性能。

效率是衡量投入天线的能量实际辐射到多少自由空间，而不是作为天线结构上的热量损失或反射回源。天线的阻抗和中心频率的VSWR在此测量中起着重要作用。

方向性是将被测天线的辐射方向图与参考辐射方向图的形状进行比较。最常见的是，参考将是前面描述的各向同性模型的完美球形图案。该测量的单位是相对于各向同性的分贝，或dBi。偶极天线有时也用作参考，在这种情况下，单位以dBd表示（意味着相对于偶极子的分贝）。偶极子的各向同性增益为2.15 dB，dBi = dBd + 2.15 dB。比较增益时，重要的是要注意增益是以dBd还是dBi表示，并进行适当的转换。

增益可能是一个令人困惑的规范。放大器的增益与天线的增益之间存在显着差异。放大器将能量输入系统，使其成为有源设备。天线不能将能量输入系统，因此它是一种无源设备。增益通常被误解为输出功率增加超过1。当然，这是不可能的，因为辐射功率将大于引入天线的原始功率。

方向性和增益密切相关（图8）。增益是天线的方向性因天线上的损耗而减小，例如介电，电阻和VSWR。换句话说，它是方向性和效率的产物。增益是对天线实际性能的最直接测量。因此，它是最重要的规范之一。

图8：方向性和增益是两个密切相关的天线参数，后者是一个非常重要的品质因数。

理解方向性或增益的一种简单方法是考虑可聚焦光源（图9）。假设光输出是恒定的并且聚焦在广泛的区域上。如果光被重新聚焦到一个点，它看起来更亮，因为所有的光能都集中在一个小区域。尽管整体光输出保持不变，但与宽光源相比，集中光源将在聚焦光斑处产生勒克斯增加。以相同的方式，将RF能量聚焦成窄光束的天线可以说比在所有方向上均等地辐射的天线具有更高的方向性（在焦点处）。换句话说，天线的方向性越高，天线的模式越窄，其点性能就越好。