天线基础

天线的作用

天线是导波系统与自由空间的转换器：

• 发射：将馈线中的导行电磁波转换为自由空间的辐射电磁波
• 接收：将空间电磁波转换为馈线中的电信号

💡 互易定理：同一根天线，发射和接收特性完全相同。

基本天线类型

1. 半波振子 (Dipole)

最经典的天线，总长度约半个波长：

          ┌─────────────────────┐
          │      馈电点         │
          │        ●            │
          │       /\           │
          │      /  \          │
          │     /    \         │
          │    /      \        │
          │   /        \       │
          │  /          \      │
          │ /            \     │
          │/              \    │
          └─────────────────────┘
          总长 ≈ λ/2 = 150/f(MHz) 米

• 阻抗：约 73Ω（谐振时）
• 辐射方向：垂直于振子轴线的面包圈形
• 增益：2.15 dBi（相对于各向同性天线）

2. 垂直单极天线 (Monopole / GP)

地面作为"镜像"，只需 1/4 波长：

                    │
                    │  辐射体 (λ/4)
                    │
                    │
          ──────────┴──────────  地网/地面

• 阻抗：约 36Ω（需加地网或接地系统）
• 辐射：水平面全向，垂直面呈"8"字形
• 应用：车载天线、基地台、广播发射

3. 八木天线 (Yagi-Uda)

高增益定向天线，由多个振子组成：

          反射器    激励振子    引向器
            │         │          │
          ┌─┐       ┌─┐        ┌─┐
          │ │       │ │        │ │
          │ │       │ │        │ │
          │ │       │ │        │ │
          └─┘       └─┘        └─┘

          间距: 0.1-0.25 λ

• 反射器：比激励振子长 5%，位于后方
• 引向器：比激励振子短 5%，位于前方（可多根）
• 增益：每增加一个引向器，增益约增加 1dB
• 典型配置：3单元（约7dBi）、5单元（约10dBi）

4. 环形天线 (Loop)

          ┌────────────┐
          │            │
          │            │
          │            │
          │            │
          └────────────┘

          小环: 电小天线，用于接收/测向
          大环: 周长≈1λ，全向辐射

关键参数

驻波比 (SWR / VSWR)

衡量天线与馈线阻抗匹配程度：

$$VSWR = \frac{1 + |\Gamma|}{1 - |\Gamma|}$$

VSWR	反射功率	状态
1.0	0%	完美匹配
1.5	4%	良好
2.0	11%	可接受
3.0	25%	较差，可能损坏发射机

⚠️ 发射机保护：大多数现代电台在 VSWR > 3 时会自动降低功率或保护关机。

增益 (Gain)

• dBi：相对于各向同性辐射器（理论球体）
• dBd：相对于半波振子（dBd = dBi - 2.15）

波束宽度

• -3dB波束宽度：功率降至一半的角度范围
• 八木天线通常 30°-60°，全向天线 360°

常见业余天线速查

天线类型	适用频段	增益	特点
倒V天线	HF	2-3dBi	架设简单，多频段可用
端馈长线	HF	2-3dBi	随机长度，NVIS通信
垂直GP	HF/VHF	1-2dBi	全向，需良好地网
八木	VHF/UHF	7-15dBi	定向，需转向器
螺旋天线	UHF/SHF	10-15dBi	圆极化，卫星通信
抛物面	SHF	20-30dBi	极高增益，卫星/微波

🛠️ 天线制作要点

材料选择

• 振子：铜线、铝管、不锈钢（避免铁磁性材料）
• 支撑：PVC管、玻璃纤维杆、木杆
• 绝缘：陶瓷、塑料、玻璃（避免潮湿木材）

安全提醒

• 远离高压线：至少保持 2 倍倒伏距离
• 防雷：安装避雷针和接地系统
• 结构安全：考虑风载荷，使用拉线加固

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