天线参数

1丶 天线谐振频率 Resonance Frequency

2丶驻波比

指的是行驻波的电压波腹值和电压波节值之比

2.1 驻波

驻波即两个反方向波的合成波形，该合成波相位不变，幅度变化，节点位置（值 = 0）不会发生变化。

幅度最大驻波：具有相同相位时。
幅度最小驻波：具有180°相位差时。
当幅度表示电压时，幅度最小驻波 / 幅度最大驻波 = VSWR

上图1 ： 幅度相同的电压驻波比
上图2： 幅度不同的电压驻波比

2.2 电压驻波比 VSWR

• 在吸波体等天线内，驻波比产生主要是由于波的反射
• 天线的电压驻波比是把天线作为无耗传输线的负载时

VSWR = 1 + F / 1 - F

• 称F 为 反射系数
• 即更大的反射系数，更大的VSWR，匹配越差。反之也成立
• 一般要求驻波比小于 1.5，在通信系统中

VSWR = 1 + |S11| / 1 - |S11|

Pr/Po = [(SWR - 1) / (SWR + 1)] ^ 2

Po：进入天线的功率
Pr ：从天线系统反射回来的功率

3丶S参数 Scatter

3.1 二端口网络

Sij表示 能量从 j 注入，从 i 检测

S11 ：端口2匹配时，端口1的反射系数；
S22 ：端口1匹配时，端口2的反射系数；
S12 ：端口1匹配时，端口2到端口1的反向传输系数；
S21 ：端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数；

• S11：越小越好，即端口1的反射损失值，输入反射系数。
• S21：越大越好，即多少能量传输到目的端口。

对于互易网络：S12 = S21;
对于对称网络：S11 = S22;
对于无损网络：S11xS11 + S21xS21 = 1;

4丶带宽 Band

中心频率：天线某个参数性能下降到容许的频率范围

4.1 绝对带宽（输入阻抗带宽）

一般称 S11 ≤ -10dB 的带宽
即 BW = fH - fL

4.2 相对带宽

相对带宽 = 绝对带宽 / 中心频率
RBW = fH - fL / f0 x 100% = BW / f0 x 100%

其中

• Narrow Band ： 窄带，相对带宽小于 1%
• Broad Band ： 宽带，相对带宽在 1% 到 25%
• Ultra-Wideband ： 超宽带，相对带宽大于25%

4.3 倍频程带宽

• 二倍频：BW2 = fH - fL / fH + fL [0,1]
• 三倍频：BW3 = fH / fL [1,+∞]

如何提升带宽

减小天线的Q值：Q = f0 / BW

5丶方向图

方向图又称为：radiation pattern，far-field pattern。描述增益大小与相位，极化与空间角度关系的图

5.1 方向的特征参数

• 主瓣宽度：最大辐射波束
• 副瓣/旁瓣：距离主瓣最近且电平最高的第一旁瓣
• 后瓣：与主瓣相反的
• 前后比：最大辐射方向（前向）电平和其相反方向（后向）电平之比，dB
• 方向系数：在离天线某一距离处，天线在最大辐射方向上的辐射功率流密度与相同辐射功率的理想无方向性天线在同一距离处的辐射功率流密度之比

5.2 XY,XZ方向图

• 方向图是一个3D结构，以天线相位中心为球心，半径R足够大的球面上，逐点测定绘制，一般情况只需要 XY,XZ面
• 波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。一般超高频RFID天线常用3dB波瓣宽度来定义，单位是度数。
• 方向图无好坏之分，只有合不合适自己设计之分，常见就是全向与定向，全向就是360°均匀辐射，定向就是某个角度辐射范围
  

5.3 波瓣宽度

6丶增益 Gain

• 天线辐射在自由空间任意方向的强度
• 天线增益是衡量天线的一个特定方向收发信号能力
• 相同条件下，增益越高，传播距离越远
  

其中

• dBd：相对于对称子天线的增益
• dBi：任意的天线所发射的信号强度与各项同性天线的比值，其中各向同性天线是一个理论天线，各方向上的信号强度相同

7丶极化

• 极化就是电场矢量方向随时间的变化，即固定空间一点，观察该点的电场矢量的轨迹随时间的变化
• 平面波：距离场源较远的电磁波
• 天线的极化决定了其电磁辐射的收发性能

7.1 极化方式

极化有三种：线极化，圆极化，椭圆极化

以其传播方向作为z轴，将其运动轨迹往xy平面上做投影，投影为椭圆的，其极化方式为椭圆极化；投影为圆的为圆极化；投影为线段的，称为线极化

7.2 传播形态

• TEM波：传播方向上没有电场和磁场分量，横电磁波，在自由空间中传播时
• TE波（s波）：传播方向上有磁场分量，无电场分量（电场与传播方向一致），横电波
• TM波（p波）：在传播方向上有电场分量，无磁场分量（磁场与传播方向一致），横磁波

一个任意的电磁波，当传播方向上电场分量为0时，它是TE波；当传播方向上磁场分量为0时，它是TM波；当传播方向上电场和磁场分量都为0时，它是TEM波。