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毫无疑问，移动无线标准及相关方案的发展方向是利用多种技术提高用户设备的吞吐量，以及对于高速数据服务的可获得性。对于未来的高速无线数据服务而言，其需要克服的若干主要难题在于有限的可用频谱、干扰以及天文数字的待服务设备数。除此以外，其他的相关难题还包括节能性、网络基础设施及用户设备功能。而射频和微波频段的天线所涉及到的前端技术，是推动移动无线通信发展所需最为重要的技术之一。本周，我们将对射频和微波频段的天线类型进行逐一介绍。 单极天线属于一种谐振天线，其天线长度由所收发的无线电波的波长决定。单极天线通常由安装于接地平面上的单个导体构成，接收机或发射机的馈线一侧与该导体连接，另一侧接地。单极天线具有全向辐射方向图，用于宽覆盖范围内的传输。单极天线可包括： · 鞭状天线 用于VHF/UHF频段的移动和便携式无线电设备，通常具有柔性伸缩杆。
▲IP67级鞭状天线，420 – 450 MHz，0 dBi增益 · 对讲机天线 用于便携式双向无线电装置，通过短螺旋线增大电感，以抵消短辐射器的容抗，从而以低增益实现共振。
▲双频对讲机天线，2.4 – 5.825 GHz，2 dBi增益 · 接地天线 一种改进式鞭状天线，具有从与馈线接地端连接的鞭状天线底座延伸而出的水平天线杆，用作紧急服务基站天线。 · 杆状辐射天线 用于AM广播电台的无线电塔。 · 伞状天线 一种带有中央杆状辐射塔的大型导线天线，多条导线自辐射塔径向往外延伸至地面，用于长距离军事通信中的VLF波段信号发射。 偶极天线用于需要在一定频率范围内传输信号的应用。最基本的偶极天线由两个“极子”（即两个导电振子）构成，其中，通过在这两个导电振子中通入电流而产生电压，该电压进一步产生从天线向外辐射的电磁波或无线电信号。偶极天线可偏离其谐振频率工作，并通过采用高阻抗馈线而极大地扩展带宽。目前使用的偶极天线可分为半波、多波、折叠波和非谐振波等多个类型。偶极天线可包括： · 八木宇田天线 作为窄带宽的单向天线，是HF、VHF和UHF频率最常见的定向天线，用于屋顶电视天线和长距离短波通信。
▲八木天线，890 – 960 MHz，11.1 dBi增益 · 对数周期偶极阵列天线 一种宽带宽的定向天线，用作屋顶电视天线，增益小于八木宇田天线。 · 旋转场天线 用于从卫星接收信号，由直角交叉安装的两个偶极天线构成，以水平极化、圆极化和椭圆极化方式在所有方向上辐射电波。 环形天线用于频率为3 GHz左右的通信链路，并用作微波频率电磁场探测器。在电学层面上，环形天线根据其周长分为小型和大型两种。大型自谐振环形天线的周长接近其工作频率的一个波长，因此本身在该频率下即可实现谐振。小型环形天线的周长为其波长的5％~30％，因此通过电容器实现谐振。此类天线可同时用于发射和接收，但是尺寸为波长1%以下的小型环形天线因辐射效率较低，仅能用于接收。大型谐振环形天线用于VHF和UHF等高频应用。 开口天线经开口或开孔发射电磁波，是微波频率领域使用的主要定向天线类型。射频和微波频率下使用的开口天线包括喇叭天线、波导开口天线、反射面天线以及微带贴片天线。由于此类天线本身为非谐振结构天线，因此其可通过更换或调节馈电天线的方式在极广的频率范围内使用。 · 抛物面天线 常用高增益天线，微波频率下的增益高达60dBi，由碟形金属抛物面反射机与焦点馈电天线组成，用于雷达天线、点对点数据链路、卫星通信以及射电望远镜。 · 平面倒F型天线 无线通信领域使用的高增益天线，其中通过以平板代替辐射单元而增大带宽，同时尺寸小至能够隐藏于移动设备的外壳内。 · 喇叭天线 由与波导连接的扩口金属喇叭构成，具有15dBi~25dBi的中等增益，用作雷达枪、辐射计以及抛物面天线的馈电天线。
▲WR-28波导喇叭天线，26.5 – 40 GHz，20 dBi增益 · 缝隙天线 由带有一条或多条微波发射信号缝隙的波导元件构成，用作UHF广播天线和海事雷达天线。 · 贴片天线 由安装于接地平面上的金属片制成，贴附于飞机和海军舰艇表面，优选扁平天线。
▲贴片平板天线，902 – 928 MHz，9 dBi增益 阵列天线由作为同一天线（通常为同相馈电偶极天线）工作的多个天线构成。以下给出阵列天线的数个典型品类： · 共线阵列天线 由排成一竖列的多个偶极天线构成的高增益全向天线，用作陆地移动无线电系统的基站天线； · 反射阵列天线 由安装于平面反射屏幕前方的多个偶极天线构成，用于雷达和UHF电视的发射和接收。 · 相控阵天线 UHF和微波频率发射天线，由经电子移相器馈电的多个偶极天线构成，波束可指向天线前方一定角度内的任何方向，用于军事雷达和干扰系统。 |
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