芯耀
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天线是一种元件，能将传输线中的导行电磁波转换为自由空间中的球面波，或将自由空间中的球面波转换为传输线中的导行电磁波。其作用是使传输线阻抗与自由空间阻抗相匹配，以实现最大辐射功率。在设计中，一个关键考量点是确保天线与传输线及射频（RF）信号源相匹配。
阻抗匹配的质量通常用电压驻波比（VSWR）或S11参数来衡量。当射频功率未能完全传输至天线时，传输线中就会产生驻波。在高功率射频系统中，驻波甚至可能导致传输线出现电弧放电现象。此外，电阻损耗与介质损耗也会降低天线效率，这类损耗同样需要避免。
辐射产生于导体中电荷的加速或减速运动：
- 静止电荷不会产生电流，因此无辐射；
- 电荷做匀速运动时，也不会产生辐射；
- 若电荷在电磁场作用下加速，或因导体终端、弯折、弯曲等不连续结构导致运动状态改变，则会产生辐射。
以下是几种常用天线类型，其各自的性能特点也一并列出：PCB天线、鞭状天线、芯片天线、导线天线或螺旋天线。
天线辐射区域：根据天线尺寸与工作波长的关系，天线周围的空间通常可划分为三个区域。在实际应用中，我们通常只关注远场区域。在远场区域内，电场与磁场相互垂直，电场和磁场的幅值均随距离r（即与辐射元件的距离）呈1/r衰减。例如，直径为2inch的碟形天线在10GHz工作频率下，其远场区域的起始距离约为24m。
各向同性辐射器：各向同性辐射器是一种能在所有方向上均匀辐射的辐射源，辐射功率以相同强度通过空间中的球面传播。承载能量的电磁波用于在无线介质中传输信息信号。
坡印廷矢量（Poynting Vector）是描述电磁波功率的物理量。
其中，U W/unit solid angle为辐射强度。 一个功率为2W的各向同性辐射源，在距离辐射源1Km处的功率密度为160nW/m^2。
非各向同性辐射源：非各向同性辐射源在不同方向上的辐射强度不同，它会将功率更多地集中在所需方向上。因此，“方向性”这一术语与非各向同性辐射源相关。方向性指天线在发射或接收时，将电磁辐射最大程度聚焦的能力。在任意正交平面内辐射强度大致均匀的天线称为全向天线，而各向同性辐射器仅是一种假想的无损耗全向辐射天线。方向性的定义为：天线在某一方向的辐射强度与各向同性辐射器在该方向的辐射强度之比。
通常，标注“方向性为6dBi”的天线意味着，其在最大辐射方向上的强度比各向同性辐射器高6dB。
举例：一个2W的非各向同性信号源，在最大波束方向上的方向性为50，求其在2Km处的功率密度，以及该方向性对应的dBi值？这个例子有助于阐明非各向同性辐射器的概念。
天线增益：天线增益与天线的方向性及效率密切相关。通常，天线增益是一个相对量，以某一参考辐射器为基准。相对增益的定义为：天线在某一给定方向的功率增益与参考天线在该方向的功率增益之比。增益的具体表达式如下：
例如，效率为90%、方向性为120的天线，其增益约为20.3dBi。
天线增益通常与天线的有效面积成正比，与工作波长的平方成反比。有效面积与物理面积的关系可通过以下表达式描述。
辐射方向图（Radiation Patterns）：辐射方向图描述了在与天线距离恒定的位置上，天线辐射或接收的场强在不同方向上的相对强度。尽管电磁辐射是三维空间现象，但实际记录的辐射方向图通常是三维图案在水平面或垂直面内的二维切片。
在天线理论中，将载流微元周围的电场与磁场分开分析会更为简便。一旦求出单个载流微元的场强幅值，便可通过积分计算有限尺寸天线的总场强——因此，载流微元是构建大型天线系统的基础单元。
分析思路表明，载流微元产生的辐射场分量与球面表面相切，坡印廷矢量则垂直于球面，意味着功率从载流微元沿径向传播。平均功率密度（单位：W/m²）为电场与磁场幅值乘积的1/2。
总辐射功率是坡印廷矢量在周围闭合曲面上的面积分——对于载流微元而言，这个闭合曲面即为球面。
辐射电阻（Radiation Resistance）：辐射电阻由天线的辐射功率产生。天线的输入总功率会因损耗而减少，因此天线的总电阻由辐射电阻与其他功率损耗对应的电阻（损耗电阻）之和构成。为保证高辐射效率，辐射电阻的阻值应远大于损耗电阻的阻值。
半波细导线偶极子是最简单且应用广泛的天线之一。由于电荷无处流动，天线两端的电流必须为0。细导线偶极子的电流呈正弦分布，下图以中心导线为参考展示了这一分布，
天线的电流表达式如下。
取远处一点P，可认为该点到天线两端的径向矢量r0与r1相互平行。
电场与磁场的均方根（RMS）值可通过以下表达式计算
且二者相互垂直——例如，磁场沿φ方向取向，电场沿θ方向取向。利用均方根值计算的坡印廷矢量表达式如下。
要实现发射天线与接收天线之间的有效链路，二者必须满足极化匹配。平面波的极化描述了在空间某一固定点上，瞬时电场或磁场的取向特性。极化不匹配会导致信号损耗。极化主要分为三类：
- 线极化：若电场与磁场矢量始终沿固定直线方向取向，则为线极化，具体可分为垂直极化或水平极化；
- 圆极化：若电场与磁场矢量在固定点上随时间变化的轨迹呈圆形，则为圆极化；
- 椭圆极化：若电场与磁场矢量在固定点上随时间变化的轨迹呈椭圆形，则为椭圆极化。
综上，天线的辐射电阻由其辐射功率产生，因此可将天线建模为一个电路元件。
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