一、天线频带宽度
当工作频率发生变化时,天线的相关电参数变化的程度在所允许的范围内,此时对应的频率范围为频带宽度,通常简称为带宽。任何天线都有一定的工作带宽,在这个频带范围之外就没有相应的作用了。
绝对带宽:ABW=fmax - fmin ;
相对带宽:FBW=(fmax - fmin)/f0×100%,
f0=1/2(fmax + fmin)为中心频率,
当天线工作在中心频率时,驻波比最小,效率最高。
所以相对带宽的公式通常也表示为:
FBW=2(fmax- fmin)/(fmax+ fmin)
因为天线带宽是天线的某个或某些电性能参数符合要求的工作频率范围,所以不同的电参数都可以用来衡量频带宽度。例如3dB波瓣宽度对应的频带宽度(波瓣宽度是指在主瓣最大辐射方向两侧,辐射强度下降3dB即功率密度降低一半的两点间的夹角),驻波比满足一定要求的频带宽度等。其中,最常用的是用驻波比来衡量的带宽。
二、工作频率与天线尺寸的关系
在同一种介质中,电磁波的传播速度一定(真空中等同于光速,记为c≈3×108m/s),根据c=λf可知,波长与频率成反比,且两者为唯一对应关系。
天线的长度和波长成正比,和频率成反比。即频率越高,波长越短,天线也就可以做得越短。当然天线的长度通常并不等于一个波长,往往是1/4波长或1/2波长(一般采用中心工作频率对应的波长)。
这个我们在以前的课程里有提过,这里简单回顾一下:
“由传输线理论可知,当导体长度为1/4波长的整数倍时,该导体在该波长的频率上呈谐振特性。导体长度为1/4波长时为串联谐振特性,导体长度为1/2波长呈并联谐振特性。在这种谐振状态下,天线辐射强,发射接收转换效率高。振子超过1/2波长虽然辐射会继续加强,但超出部分的辐射呈反相位会产生抵消作用,因而总的辐射效果反而被打折扣。所以,通常的天线都是采用1/4波长或者1/2波长的振子长度单位。其中1/4波长天线主要是利用大地作为镜向来代替半波天线。”
1/4波长天线,通过对阵子的调整可以达到较理想的驻波比和使用效果,同时可以节省架设空间。但是这种长度的天线通常增益较低,不能满足某些高增益传输场景需求,这时候通常会使用1/2波长天线。
此外,经过理论及实践证明,5/8波长阵子(这个长度接近于1/2波长但较之后者又有更强的辐射)或采用5/8波长加感缩短阵子的方式(在距离天线顶部一半的波长距离处有一个加感线圈)来设计或选用天线,也可以得到性价比不错且增益更高的天线。
由上面的知识可知,当我们知道天线的工作频率时,可以计算出对应波长,再结合传输线理论、架设空间条件及传输增益需求,就可以大致知道所需天线的适合长度了