1、 电磁场与电磁波小论文题 目： 天线技术的发展及应用 院 系： 电气院 专 业： 14 级电信 2 班 姓 名： XX XX 学 号： xxxxxxxx 1天线技术的发展及应用天线（antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。
2、同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。一、天线技术发展史最 早 的 发 射 天 线 是 H.R.赫 兹 在 1887 年 为 了 验 证 J.C.麦 克 斯 韦 根 据 理 论 推 导 所 作关 于 存 在 电 磁 波 的 预 言 而 设 计 的 。 它 是 两 个 约 为 30厘 米 长 、 位 于 一 直 线 上 的 金 属 杆 ，其 远 离 的 两 端 分 别 与 两 个 约 40厘 米 2 的 正 方 形 金 属 板 相 连 接 ， 靠 近 的 两 端 分 别 连 接 两个 金 属 球 并 接 到 一 个 感 应 线 圈 的 两 端 ， 利 用 金 属 球 之 间 的 火 花
3、放 电 来 产 生 振 荡 。 当时 ， 赫 兹 用 的 接 收 天 线 是 单 圈 金 属 方 形 环 状 天 线 ， 根 据 方 环 端 点 之 间 空 隙 出 现 火 花来 指 示 收 到 了 信 号 。 G.马 可 尼 是 第 一 个 采 用 大 型 天 线 实 现 远 洋 通 信 的 ， 所 用 的 发 射 天线 由 30根 下 垂 铜 线 组 成 ， 顶 部 用 水 平 横 线 连 在 一 起 ， 横 线 挂 在 两 个 支 持 塔 上 。 这 是 人类 真 正 付 之 实 用 的 第 一 副 天 线 。 自 从 这 副 天 线 产 生 以后 ， 天 线 的 发 展 大 致 分 为
4、 四 个 历史 时 期 。（ 1） 线 天 线 时 期在 无 线 电 获 得 应 用 的 最 初 时 期 ，真 空 管 振 荡 器 尚 未 发 明 ， 人 们 认 为 波 长 越 长 ， 传 播中 衰 减 越 小 。 因 此 为 了 实 现 远 距 离 通 信 ， 所 利 用 的 波 长 都 在1000 米 以 上 。 在 这 一 波 段中 ， 显 然 水 平 天 线 是 不 合 适 的 ， 因 为 大 地 中 的 镜 像 电 流 和 天 线 电 流 方 向 相 反 ， 天 线辐 射 很 小 。 此 外 ， 它 所 产 生 的 水 平 极 化 波 沿 地 面 传 播 时 衰 减 很 大 。 因
5、 此 ， 在 这 一 时期 应 用 的 是 各 种 不 对 称 天 线 ， 如 倒 L 形、T 形 、 伞 形 天 线 等 。 由 于 高 度 受 到 结 构 上 的限 制 ， 这 些 天 线 的 尺 寸 比 波 长 小 很 多 ， 因 而 是 属 于 电 小 天 线 的 范 畴。这 一 时 期 除 抗 衰 落 的 塔 式 广 播 天 线 外 ， 还 设 计 出 各 种 水 平 天 线 和 各 种 天 线 阵 ，采 用 的 典 型 天 线 有 偶 极 天 线 、 环 形 天 线 、 长 导 线 天 线 、 同 水 平 天 线 、 八 木 天 线 、 菱形 天 线 和 鱼 骨 形 天 线 等 。
6、 这 些 天 线 比 初 期 的 天 线 有 较 高 的 增 益 、 较 强 的 方 向 性 和 较2宽 的 频 带 ， 后 一 直 得 到 使 用 并 经 过 不 断 改 进 。 在 这 一 时 期 ， 天 线 的 理 论 工 作 也 得 到了 发展 。（ 2） 面 天 线 时 期虽 然 早 在 1888 年 赫 兹 就 首 先 使 用 了 抛 物 柱 面 天 线 ，但 由 于 没 有 相 应 的 震 荡 源 30年代 才 随 着 微 波 电 子 管 的 出 现 陆 续 研 制 出 各 种 面 天 线 。这 时 已 有 类 比 于 声 学 方 法 的 喇 叭天 线 、 类 比 于 光 学 方
7、 法 的 抛 物 反 射 面 天 线 和 透 镜 天 线 等 。 这 些 天 线 利 用 波 的 扩散、干 涉 、反 射 、 折 射 和 聚 焦 等 原 理 获 得 窄 波 束 和 高 增 益 。第 二 次 世 界 大 战 期 间 出 现 雷 达 ， 大 大 促进 了 微 波 技 术 的 发 展 。 在 面 天 线 有 较 大 发 展 的同 时 ， 线 天 线 理 论 和 技 术 也 有 所 发 展 ，如 阵 列 天 线 的 综 合 方 法 等 。（ 3） 从 第 二 次 世 界 大 战 结 束 到 50年 代 末 期微 波 中 继 通 信 、 对 流 层 散 射 通 信 、 射 电 天 文
8、和 电 视 广 播 等 工 程 技 术 的 天 线 设 备 有了 很 大 发 展 ， 建 立 了 大 型 反 射 面 天 线 。 这 时 出 现 了 分 析 天 线 公 差 的 统 计 理 论 ， 发 展了 天 线 阵 列 的 综 合 理 论 等 。 1957 年 美 国 研 制 成 第 一 部 靶 场 精 密 跟 踪 雷 达 AN/FPS-16， 随后 各 种 单 脉 冲 天 线 相 继 出 现 ， 同 时 频 率 扫 描 天 线 也 付 诸 应 用 。在 50 年代 ， 宽 频 带 天 线 的 研 究 有 所 突 破 ， 产 生 了 非 频 变 天 线 理 论 ， 出 现 了 等角 螺 旋
9、 天 线 、 对 数 周 期 天 线 等 宽 频 带 或 超 宽 频 带 天 线 。（4）50 年代以后人造地球卫星和洲际导弹研制成功对天线提出了一系列新的课题，要求 天线 有 高 增 益 、 高 分 辨 率 、 圆 极 化 、 宽 频 带 、 快 速 扫 描 和 精 确 跟 踪 等 性 能 。从 60 年 代 到70 年 代 初 期 ， 天 线 技 术 的 发 展 空 前 迅 速 。 一 方 面 是 大 型 地 面 站 天 线 的 修 建 了 改 进 ；另 一 方 面 ， 沉 寂 了 将 近 30 年 的 相 控 阵 天 线 由 于 新 型 移 相 器 和 电 子 计 算 机 的 问 世 ，
10、 以及 多 目 标 同 时 搜 索 与 跟 踪 等 要 求 的 需 要 ， 而 重 新 受 到 重 视 并 获 得 了 广 泛 应 用 的 发 展 。到 70 年代，无 线 电 频 道 的 拥 挤 和 卫 星 通 信 的 发 展 ， 反 射 面 天 线 的 频 率 复 用 、 正 交 极化 等 问 题 和 多 波 束 天 线 开 始 受 到 重 视 ； 无 线 电 技 术 向 波 长 越 来 越 短 的 毫 米 波 、 亚 毫米 波 ， 以 及 光 波 方 向 发 展 ， 出 现 了 介 质 波 导 、 表 面 波 和 漏 波 天 线 等 新 型 毫 米 波 天 线 。这一 时 期 天 线 作
11、 为 无 线 电 通 讯 的 发 射 和 接 收 设 备 ， 直 接 影 响 电 波 信 号 的 质 量 ， 因 而 ，天 线 在 无 线 电 通 讯 中 占 有 极 其 重 要 的 地 位 。二 、 天 线 的 分 类3按工作性质可分为发射天线和接收天线。发射天线：在无线电设备中用来发射电磁波的部件接收天线：在无线电设备中用来接收电磁波的部件一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。按用途可分为通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线等。按方向性可分为全向天线和定向天线等。全向天线：即在水平方向图上表现为 360都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性。一般情况下波瓣宽
12、度越小，增益越大。全向天线在通信系统中一般应用距离近，覆盖范围大，价格便宜。增益一般在 9dB 以下 。定向天线：在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性。同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在通信系统中一般应用于通信距离远，覆盖范围小，目标密度大，频率利用率高的环境。按工作波长可分为超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等。按结构形式和工作原理可分为线天线和面天线等。描述天线的特性参量有方向图、方向性系数、增益、输入阻抗、辐射效率、极化和频宽按维数来分可以分成两种类型：一维天线和二维天线一维天线：由许多电线组成，这些电线或者像手机上用
13、到的直线，或者是一些灵巧的形状，就像出现电缆之前在电视机上使用的老兔子耳朵。单极和双级天线是两种最基本的一维天线。二维天线：变化多样，有片状（一块正方形金属）、阵列状（组织好的二维模式的一束片），还有喇叭状，碟状。天线根据使用场合的不同可以分为：手持台天线、车载天线、基地天线三大类。手持台天线：就是个人使用手持对讲机的天线，常见的有橡胶天线和拉杆天线两大类。4车载天线：是指原设计安装在车辆上通讯天线，最常见应用最普遍的是吸盘天线。车载天线结构上也有缩短型、四分之一波长、中部加感型、八分之五波长、双二分之一波长等形式的天线。基地台天线：在整个通讯系统中具有非常关键的作用，尤其是作为通讯枢纽的通信
14、台站。常用的基地台天线有玻璃钢高增益天线、四环阵天线（八环阵天线）、定向天线。三、天线技术的现况在无线通信技术的发展中，智能天线已成为一个最活跃的领域，近年内，几乎所有先进的无线通信系统都将采用此技术。智能天线技术对无线通信系统所带来的优势是目前任何技术难以替代的。智能天线技术已经成为无线通信中最具有吸引力的技术之一。 到目前为止，无线系统中的智能天线都被作为增强技术，在它们的设计阶段都没有考虑复杂度和性能折衷的优化；而在下一代无线系统中，智能天线技术将是系统设计固有的部分。目前对于智能天线的研究主要集中在下列几个方面： 高级智能天线处理算法的设计和开发，该算法对变化的传播特性和网络条件具有适
15、应性和健壮性。系统性能的优化策略和不同无线系统、平台之间的透明操作。 根据信道和干扰模型对提出的算法和策略进行实际性能的评估，研究合适的性能度量和仿真方法。四、天线技术的发展趋势从无线网络发展趋势及运营商面临的各种挑战来看，天线技术未来的发展必将遵循以下几个方向。天线体积小型化天线小型化是在保证天线性能基本不变的条件下，减小天线的体积。小型化是一个基础性技术，是天线永恒的发展方向。多种制式网络共天馈应用5未来多种制式共用一面超宽带天线，不仅天线工作频段覆盖多个制式，而且可以根据系统的不同要求实现每一个制式的独立调节。多制式天线的应用将节省建站成本和天面资源，灵活满足每种制式的网络覆盖要求。天线
16、功能模式向智能化功能方向发展未来天线实现智能化的波束赋形、波束指向控制、波束分裂和远程控制，灵活满足各种场景的应用需求。通过天线的智能化实现系统间互操作和资源的优化利用，最终实现智能化的运维方式。天线与射频模块连接由分离式向集中式发展未来集中式的设备代替分离式的设备，光纤代替电缆，天线与主设备实现小型化和一体化并充分结合，实现天面资源的节约和灵活的部署方式，适应网络扁平化的发展趋势。五、小结本文以天线技术的发展及应用为主题，讲述了天线技术的发展史和天线的分类，描述了智能天线的优点和未来天线的发展趋势，总之，合理地使用天线技术将大大地提高未来无线通信系统的性能。 参考文献【1】http：/ E 与万贴片堆栈短路天线设计【2】http：/ 高增益全天向天线设计【3】http:/ 报告大全【4】http:/forum.eet- 全向高增益天线设计目的及意义【5】http:/ 新型天线技术发展及分析6
