偶极天线：工作原理及其应用
天线是一种通信，用于发送和接收表示某些信息的信号。第一个天线是德国人在1888年发明的，用于无线通信。这些天线可以广播。。。
天线是一种通信，用于发送和接收表示某些信息的信号。第一个天线是德国人在1888年发明的，用于无线通信。这些天线可以广播微波和无线电信号。有不同类型的天线可根据其应用进行分类，如有线、对数周期、孔径、微芯片、反射器、透镜、阵列和行波。因此，了解每个天线及其用途对于在适当的应用中使用是强制性的。为此，本文对其中一种类型的有线天线进行了概述，即偶极天线，以及它与应用程序的配合。
什么是偶极天线？
偶极天线是一种包括两个导电元件（如导线或杆）的RF天线，其中金属导线长度大约是在频率操作时自由空间中最高波长的一半。在天线的中心，导电材料通过绝缘体分离，绝缘体被称为天线部分。偶极天线示意图如下所示。
将RF电压源提供给天线的中间，然后通过两个导电元件提供的电压和电流产生电磁或无线电信号，并且该信号辐射到天线外部。在该天线的中心，电压最小，电流最大，而偶极天线两端的电压最大，电流最小。
偶极天线设计
偶极天线包括两个导电元件，如电线和杆或电线，其中位于天线中心的馈线和辐射部分位于两侧。金属线的长度是工作频率下自由空间内最高波长λ/2的一半。基本偶极天线图中心馈电点如下所示。
天线中的导电元件通过称为天线部分的绝缘体从中间分成两部分。这些部分简单地连接到天线中间的同轴电缆或馈线。我们知道波长是两个连续的最高点或最低点之间的距离。
这里，辐射元件的长度可以由天线的几个特性决定，如中心工作频率、馈电阻抗等。在这种天线中，偶极子的长度是一个重要的参数。
任何类型的天线都可以用于发射或接收。在各种无线应用中，天线可以在发射机和接收机之间激活。
偶极天线发射机
在发射器部分，偶极天线产生无线电波。将处于优选频率的电压提供给天线。因此，这个天线元件两端的电压和整个元件的电流将产生电磁波和电波。
天线中的发射器是由导体产生的基本元件。在这里，导体携带电流，电流强度会随着时间的推移而波动，并转变为在太空中传输的射频辐射。
偶极天线接收器
在接收器部分，流过偶极天线的电磁波将感应出一点电压。因此，天线将成为接收器输入的信号源。
天线的接收器执行与发射器相反的操作。它接收射频辐射，并在连接到天线的电路中将其转换为电流。
偶极天线是如何工作的？
一旦RF电压源被施加到天线中的两个部分的中心，那么贯穿两个导电元件的电压和电流的流动就可以产生要辐射到天线外部的电磁或无线电波信号。
在这个天线的中心，电压最小，电流最大。相反，天线两端的电流最小，电压最大。这是偶极天线的电流分布。
偶极天线辐射方向图如下所示，该图垂直于天线的轴线。辐射方向图是天线辐射特性的图形描述。天线的辐射方向图将描述天线如何向太空发射能量。
因此，该天线将信号从电信号转换为射频电磁信号，并在发射端发射，并在接收端将射频电磁信号转换为电信号。
不同类型的偶极天线
根据半波、多个半波、折叠偶极子、短偶极子和非谐振等要求，不同类型的偶极天线可用于不同的应用。
半波偶极天线
一种类型的偶极天线，其中偶极长度是工作频率下波长的一半，称为半波偶极天线。有时，这种天线也被称为赫兹天线与其他天线相比，该天线具有简单的谐振结构，因此用于不同应用中的发送和接收目的。该天线的工作频率范围从3千赫到300千兆赫。
半波偶极天线的优点是，它们不重，成本效益高，其输入阻抗与传输线的输入阻抗相似，等等。半波天线的缺点是它是一个独立的天线，因此它可以用作在极高频率下工作的其他类型天线的基本元件，并且辐射方向图的性质是全向的。这些天线主要用于电视和无线电接收机。
折叠式偶极天线
两个偶极天线的集合，简单地分开连接，形成一个细线环，然后被称为折叠型天线。顾名思义，偶极天线的类型是向后折叠的，它包括两个半波偶极子，其中一个是连续的，另一个在中间分开。它们被折叠并在两端平行连接在一起。
折叠偶极子天线的辐射方向图与普通偶极子相似，只是输入阻抗更高&方向性是双向的。使用这种天线的主要原因是馈电阻抗值高和带宽宽。因此，这些天线被单独使用，作为其他天线的基本部分，也提供高带宽。这些天线有两线制和三线制两种。
短偶极天线
与波长的一半相比，长度较小的偶极天线被称为短偶极天线。这是一个简单的有线天线，一端开路，另一端通过交流电源馈电。该天线的频率范围为3千赫至30兆赫。因此它适用于基于低频的接收机。
这个天线的长度小于波长。电压源简单地连接在一端，同时形成偶极形状，即线在另一端结束。
该天线图如上图所示，包括长度“L”。原始天线尺寸无关紧要，但连接天线的导线应低于波长的1/10。所以
L<λ/10
其中，短偶极子的导线长度为“L”，波长为“λ”。
调频偶极天线
调频偶极天线以不同的方式制造非常简单，成本更低。因此，这些天线是屋顶空间或阁楼内部调频天线的理想解决方案。一旦需要临时天线，就可以使用它们。这是一种半波半偶极垂直极化天线，最常用于提供更好的VHF FM广播接收。通常，这些天线主要用于调频广播，其频率范围从88兆赫到108兆赫。
扇形偶极天线
这种类型的天线也被称为扇形或平行偶极天线。这是一个多波段有线天线，所以设计起来非常简单。通常，这种天线包括几个共用类似同轴馈线的偶极天线。每个偶极都必须是斜线，以获得想要共振的近似频带中心。
一旦信号被传输，那么通过你的无线电只会观察到该波段的谐振元件，因为剩下的偶极子具有更高的阻抗。这种天线的机械设计并不重要，因为它甚至可以以水平方式布置为倒V形。
一些布置利用了在不同方向上相邻的扩展导线。一般来说，附近的一些元素会相互干扰，特别是紧密结合在一起。通常，这种天线调谐需要对元件进行谨慎的微调，以获得不同频带上的谐振。
偶极天线增益
天线增益是一种用于测量天线辐射方向图方向性的参数。具有高增益的天线将特别在特定方向内辐射。天线增益是一种被动现象，其中功率不包括通过天线，然而，只是重新分配以在特定方向上提供额外的辐射功率。天线的增益可以用dBi和dBd来测量。
各向同性天线增益以dBi为单位测量
偶极天线增益以dBd为单位测量
dBd和dBi之间存在主要关系，如下所示。
dBi=dBd+2.15分贝
在确定天线增益时，设计者必须考虑天线的应用。
具有高增益的天线具有许多优点，如信号质量更好、射程更远等。
增益较小的天线具有较短的范围；然而，天线的定向相对来说是微不足道的。
相对于参考偶极天线，可以以dBd为单位计算偶极天线增益。参考偶极天线增益为2.15dBi。因此，在dBi和dBd之间变化非常简单，可以根据以下公式包括或减去2.15：dBi=dBd+2.15。
偶极天线的波长
天线的波长可以从频率公式中计算出来。
频率（f）=C/λ
根据上述方程，可以导出波长
λ=C/f
哪里：
“C”是光速。
“f”是频率。
偶极天线和单极天线的区别
偶极天线和单极天线之间的区别包括以下几点。
| 偶极天线 | 单极天线 |
| 此天线属于线性天线类别。 | 单极天线也属于线性天线类别。 |
| 这种天线简单地使用辐射器在对称辐射器的元件之间产生合成接地平面。 | 单极天线需要一个物理接地平面。 |
| 该天线的辐射器元件简单地以180度异相连接到同轴电缆中的导体。 | 对于这种类型的天线，传输线连接参考平面，同轴电缆的外导体是接地平面。 |
| 这种天线表现出相同的性能和辐射方向图，但它们不是对称垂直的。 | 单极天线表现出相同的性能和辐射模式，但这些天线是对称垂直的。 |
| 这些天线的辐射方向图具有垂直对称的辐射，因此它们可以简单地定向在最佳接收/发送方向上。 | 这种天线的辐射方向图主要取决于地平面的方向。
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| 这些天线有不同的品种，如折叠天线、短天线、普通半波长天线等。
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单极天线有不同类型，如海军低频和汽车调幅天线。 |
| 这些天线用于不同的区域，如天线的一部分或单独使用。 | 单极天线用于无绳电话、蜂窝电话、CB无线电、对讲机等。 |
优势
这个偶极天线的优点a包括以下内容。
- 简单是这种天线的主要优点。
- 一旦在谐振频率下使用，这些都是非常有效的。
- 偶极的间隙大小不会影响天线的性能。
- 这些是全向的，同时传输和接收信号。
- 与伸缩单极天线相比，伸缩偶极子可以获得更宽的频率范围。
- 这个天线的辐射方向图是由位于孔中心的天线形成的环形。
- 这些天线设计简单，安装在不同的配置中，如倾斜、下垂、倒V形等
- 任何信号都可以被接收，几乎不用担心其方向。
- 这些天线可以缩小，并与负载线圈共振。当这个线圈布置在中心时，我们可以得到很好的结果。
缺点
这个偶极天线的缺点包括以下内容。
- 波长很长，频率很低，可以制作天线
- 与单极天线相比，折叠型天线有些复杂，尽管它们不像四边形贴片或八木UDA天线那样复杂。
- 对于低于27 MHz的频率，当天线的长度减小时，天线的效率将开始降低。
- 与典型的天线相比，倒V型天线的效率已经降低。
- 与室外天线相比，室内天线的尺寸非常小。
- 室外天线很大，因此安装和运输非常困难。
应用
偶极天线的应用包括以下几个方面。
- 这些天线被用作复杂天线中的基本部件，并且也被用于它们可以形成辐射元件的不同区域。
- 这种天线适用于无线电和电信。
- 双向通信中使用相同的天线，用于传输和接收。
- 半波型天线可用于电视和无线电接收机。
- 通常，天线被用作发射天线或接收天线，因为发射天线将信号从电变为电磁并发射信号，而接收天线可以用于将信号从电磁变为电。
- 抛物面反射型天线用于射电天文学、卫星通信和几种类型的无线电通信链路。
- VHF和UHF型天线主要用于公共安全、沿海地区、工业和公共通信应用中的陆地移动通信。
- 折叠型天线可以在八木乌达天线中使用，通过平衡线（如Z0=300Ω）进行全球电视接收，因为该天线的输入阻抗很高，因此只需通过传输线阻抗进行匹配。
- 调频型天线主要用作调频广播接收天线，尤其适用于88兆赫至108兆赫的调频广播波段。
因此，这一切都是关于偶极天线、其工作原理及其应用的概述。这是最重要的RF天线类型之一，广泛用于无线电通信或其他RF天线设计，以形成整个天线的辐射元件。这种天线很容易设计，基本的偶极天线适用于射频频谱的VHF、UHF和HF部分。这里有一个问题要问你，偶极天线的频率范围是多少?