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无线电天线或天线对于任何无线电系统的运行都是必不可少的——了解它们的工作原理和基本理论是安装、优化和设计天线的关键。
无线电天线是任何无线电通信广播或无线系统的关键要素。需要天线来辐射和接收信号，因此它们的性能是整个无线电系统运行的关键。
如果无线电天线性能不佳，则会限制整个无线电通信系统或使用它的任何无线系统的性能。因此，最大化天线的性能是非常重要的。
天线理论必不可少的各种无线电天线
为实现这一点，了解无线电天线基础知识和一些理论将有助于从任何天线系统中获得最大收益。它不必充满困难的数学 - 只是对原理的简单理解。
深度天线理论可能会变得相当复杂，但定性和简化的理论解释有助于理解实际发生的情况、无线电天线如何工作以及如何优化它们。在建立无线电通信系统或链路时，这可能是关键。
天线是如何工作的
无线电天线的用途是将以射频交流信号形式施加在其上的功率转换为电磁波。
该电磁波能够穿过发射无线电天线和接收天线之间的空间。在接收端，电磁波从电磁波转换回射频信号，可以应用于无线电接收器的输入。
以这种方式，无线电天线能够被施加功率，从中发射电磁波形式的信号。类似地，当电磁波入射到天线上时，它会从电磁波转换为可以传送到接收设备输入端的射频信号。
可以使用麦克斯韦方程解释有关天线工作方式的基本理论。他们详细说明了电流或电荷沿天线移动时产生电磁波的方式。
从更定性的方法来看天线的工作原理，可以想象一个随射频信号振荡的点电荷。
由于电荷的振荡，合成电场也会发生变化，并且这种变化的电场会产生位移电流。
反过来，根据安培定律，该电流会产生磁场。
鉴于电荷的振荡会产生变化的电场，然后产生磁场，它们会一起变化。
应用法拉第定律，变化的磁场会产生电场。反过来，该电场将再次产生磁场并重复该过程。这些电场和磁场波构成电磁波，从原来的点电荷向外传播。
原始振荡点电荷的能量被转换为电磁波的能量——换句话说，进入天线的功率被转换为电磁波的能量。
还可以看出，是天线上信号的电流分量引起了辐射电磁波。
发送器和接收互惠
关于任何无线电天线的一个关键方面是它是否会以相同的方式接收和发射。无源天线，即不使用嵌入式电子电路的天线，例如有源天线，通常以相同的方式发送和接收。
它将具有相同的增益、相同的方向图、极化、相同的阻抗以及发射和接收的其他方面。
通常使用传输信号的图像更容易可视化增益和方向图等因素，但天线在接收时也会具有相同的增益和方向图等。
有几个基本主题是所有无线电天线类型共有的，它们构成了基本天线理论的一部分。
极化： 无线电天线对极化很敏感。就像电磁波可以极化一样，天线也是如此。将会看到，一些天线的元件是垂直的，而另一些是水平的。这是为了适应垂直和水平极化的电磁波。
垂直和水平极化天线接收具有相同极化的电磁波 - 电磁波的极化由包含电场的平面定义。如果波的极化未对齐，则信号电平将降低 - 交叉极化天线将不会接收到其他天线传输的任何信号。因此，确保无线电通信系统中天线的极化相同是很重要的。
除了线极化，电磁波也可以圆极化——显然有两个方向，即顺时针和逆时针。与线极化类似，圆极化天线必须具有相同的极化方向才能接收对方发射的信号。
天线极化
天线极化是设计和架设无线电天线，甚至将其纳入小型无线或移动通信系统时的一个重要因素。有些天线是垂直极化的，有些是水平极化的，还有一些天线类型具有不同的极化形式。
在设计天线、决定天线的特定形式时，重要的是要了解它需要以哪种方式极化。具有特定极化的无线电天线将无法有效地接收具有不同极化的电磁波信号。
也就是说，许多无线和移动电话系统可能依赖于发射器和接收器之间可能存在许多反射这一事实，这些反射往往意味着信号在到达接收器时将具有特定的极化。尽管如此，天线的极化仍然很重要。
天线极化基础知识
对于电磁波，极化实际上是电波振动的平面。这在查看天线时很重要，因为它们对极化很敏感，并且通常只接收或传输具有特定极化的信号。
对于大多数天线来说，确定极化非常容易。它只是与天线元件位于同一平面内。因此，垂直天线（即具有垂直元件的天线）将最好地接收垂直极化信号，类似地，水平天线将接收水平极化信号。
将 RF 天线的极化与输入信号的极化相匹配非常重要。以这种方式获得最大信号。如果 RF 天线极化与信号的极化不匹配，则信号电平会相应降低。它减少了 RF 天线的极化与信号之间夹角的余弦因子。
因此，位于自由空间中的天线的极化非常重要，显然它们应该完全位于同一平面内以提供最佳信号。如果它们彼此成直角（即交叉极化），那么理论上将不会接收到任何信号。
对于地面无线电通信应用，发现一旦信号被传输，则其极化将大致保持相同。然而，路径中物体的反射会改变偏振。由于接收到的信号是直接信号加上许多反射信号的总和，因此信号的整体偏振可能会略有变化，尽管它大致保持不变。
极化类别
在某些情况下，不同类型的电磁波极化以略微不同的方式传播。
这意味着对于某些形式的广播、无线电通信或某些无线系统，可以使用不同形式的极化。
一般来说，各种形式的极化的优点和缺点是相对微妙的，但是形成一些形式的广播，无线电通信或移动通信系统的无线链路，这些微小的差异可能会产生很大的差异。
有几种极化类别，每种类型中都有几个子类别。与此同时，相关天线具有相应的极化。
线性极化： 线性极化是最常见的天线极化形式。它的特点是所有辐射都在一个平面内——因此称为线性：
水平极化： 这种形式的天线极化具有水平元素。它拾取并辐射水平极化信号，即电场在水平面上的电磁波。
垂直极化： 这种形式的天线以天线内的垂直元件为代表。它可以是单个垂直元素。使用垂直极化的原因之一是，由单个垂直元件组成的天线可以在水平面中围绕它均匀辐射。典型的垂直极化天线具有所谓的低辐射角，使其大部分功率能够以接近地球表面的角度辐射。垂直极化天线也非常适合用于汽车。
倾斜极化： 这是一种与水平面或垂直面成一定角度的无线电天线极化形式。以这种方式，垂直和水平极化天线都能够接收信号。
圆极化： 这对卫星应用等领域有很多好处，它有助于克服传播异常、地面反射的影响以及许多卫星发生的自旋影响。圆偏振比线偏振更难观察。然而，可以通过可视化从旋转的 RF 天线传播的信号来想象。当电场矢量远离天线时，将看到电场矢量的尖端描绘出螺旋或开瓶器。
右手圆极化： 在这种极化形式中，矢量以右手方式旋转。
左手圆极化： 在这种极化形式中，矢量以左手方式旋转，即与右手方向相反。
混合极化： 另一种形式的极化称为椭圆极化。当线偏振和圆偏振混合时，就会发生这种情况。这可以像以前一样通过描绘出椭圆形开瓶器的电场矢量的尖端来形象化。
线极化天线可以接收圆极化信号，反之亦然。无论线性极化天线是垂直安装、水平安装还是安装在任何其他平面但指向到达信号，强度都将相等。
会有一些退化，因为信号电平将比使用相同方向的圆极化天线时低 3 dB。当圆极化天线接收线极化信号时，也会出现同样的情况。
不同类型天线极化的应用
在不同的应用中使用不同类型的极化以使其优势得到利用。因此，不同的偏振形式用于不同的应用：
一般无线电通信： 线性极化是迄今为止大多数无线电通信应用中使用最广泛的，因为无线电天线通常更简单、更直接。
移动电话和短程无线通信： 近年来，移动电话和短程无线通信的使用有了惊人的增长。从蜂窝通信到 Wi-Fi 和许多其他标准的一切都可以实现短距离无线通信。
通常线性极化用于这些设备，因为线性极化天线更容易在这些设备中制造，因此基站需要具有类似的极化。尽管经常使用垂直极化，但 Wi-Fi 路由器等许多物品都具有可调天线。此外，这些通信通常具有可能从各种表面反射的信号路径，到达接收器的极化可能相对随机，因此它可能不是一个问题。
移动双向无线电通信： 有许多传统的移动双向无线电通信系统仍在使用，从紧急服务到无线电收发器位于车辆中的许多私人移动无线电应用。
垂直极化通常用于这些移动双向无线电通信。这是因为许多垂直极化无线电天线设计具有全向辐射模式，这意味着天线不必像车辆移动时移动无线电通信中经常发生的那样重新定位。
长距离 HF 电离层通信： 使用垂直和水平极化：
水平极化： 有线天线广泛用于 HF 通信。这些往往更容易使用两根杆子竖立起来，让线天线悬挂在两根杆子之间。以这种方式，天线是水平极化的。
对于大型多元件天线阵列，机械约束意味着它们可以比垂直平面更容易地安装在水平平面中。这是因为 RF 天线元件与安装它们的垂直杆塔成直角，因此通过使用具有水平元件的天线，两者之间的物理和电气干扰较小。
垂直极化： 由单个垂直元件组成的天线被广泛使用。垂直极化天线提供低辐射角，使其能够提供良好的长距离传输和接收。
中波广播： 中波广播电台通常使用垂直极化，因为使用垂直极化时地面波在地球上的传播要好得多，而水平极化对使用电离层的长距离通信显示出边际改善。
一种典型的中波广播发射天线，用于使用地波传播进行相对局部覆盖
垂直极化天线的优点是它会在平行于地球的所有方向上均等地辐射，这有利于覆盖。此外，垂直天线只需要垂直元件——水平极化天线需要两个支架。
卫星通信： 圆极化有时用于卫星无线电通信，因为在传播和克服卫星改变其方向时引起的衰落方面有一些优势。
可以看出，每种形式的无线电天线极化都有其自身的优点，这些优点可用于在特定情况下产生影响。选择正确的偏振形式可以提供一些优势，因此非常重要。
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