如何计算天线长度-如何计算天线的工作波长

一、题记

人们的生活离不开手机,那手机是怎么通信的呢。在家手机可以连接路由器,在外手机可以连接基站,不可否认的是我们的手机需要通信,手机天线通过无线电波与路由器或者基站的天线相连接,发送各种消息。见过很多天线,有室外的,有室内的,有长的,有方的,还有圆的,天线的各种形状不一,长短不一,那么天线的长短跟什么有关系呢?本文将讨论天线、振子和波长的关系。(这三个名词看不懂没关系,往下看,超过四岁半你就能自主看懂~~~)

如何计算天线长度-如何计算天线的工作波长

图:天线种类

二、名词解释

波长

波长是指波在一个振动周期内传播的距离。也就是沿着波的传播方向,相邻两个振动位相相差2的点之间的距离。

如何计算天线长度-如何计算天线的工作波长

图:波形图

长公式

天线的长短其实是根据波长来决定的,通过公式我们知道C=•f(C=光速(单位m/s),=波长(单位m),f=频率(单位Hz))。由于光速固定为m/s,所以波长和频率成反比。

天线

​通俗地来讲,天线就是用来发射和接收信号的装置。天线也是一种变换器,对于发射来说,他把电信号转换成了电磁波,对于接收来说它把电磁波变成了电信号。

如何计算天线长度-如何计算天线的工作波长

图:天线接发示意图

天线工作原理

初高中的时候学过当导线上有交变电流动时,就会产生电磁波。当两个导线区域平行,产生的电场就在两根导向之间,此时周围的电磁波非常弱。但若将两个导线以一定夹角张开时,电磁波就会在周围空间中传播,如下图所示。

如何计算天线长度-如何计算天线的工作波长

图:天线原理推导

振子

天线振子是天线上的元器件,具有导向和放大电磁波的作用,使天线接收到的电磁信号更强。如下图所示,产生电磁波的两根导线我们称之为“振子”。

如何计算天线长度-如何计算天线的工作波长

图:振子

天线振子是构成天线的最基本单位。当导线长度为信号波长的1/4时,辐射的强度最大,称作基本振子。两臂长度相等的振子叫作对称振子。每臂长度为1/4波长、全长为1/2波长的振子称作半波对称振子,如下图所示。半波对称振子可以独立使用,还可以采用多个半波对称振子组成天线阵。

如何计算天线长度-如何计算天线的工作波长

图:振子示意图

天线振子是用导电性较好的金属制造的。振子有的是杆状的形状,也有的结构较复杂,一般是很多个振子平行排列在天线上。

三、振子与波长的关系

根据上图所示,单边振子的长度如下图所示。

如何计算天线长度-如何计算天线的工作波长

通过公式就能得出单臂振子的长度,但是在实际计算过程中,我们还需要在乘上一个缩短系数(缩短系数:天线振子长度相对于理论计算值缩短的百分比),缩短率取值范围一般为93%~97%,一般缩短系数取值为5%左右,振子越粗,缩短越多。通常的粗略估算方法是:若天线振子直径10毫米,缩短4.5%;天线振子直径15毫米,缩短5%;天线振子直径20毫米,缩短5.5%。具体公式如下所示。

如何计算天线长度-如何计算天线的工作波长

下面通过案例来了解一下,比如要制作一个频率为144MHz的天线,通过以上公式计算如下:

如何计算天线长度-如何计算天线的工作波长

以上结果为理论计算结果,实际中制作时,我们需要通过驻波表来监测驻波,驻波比要小于1.5才能达到要求。

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