關(guān)于天線，饋線的問題

大家好， 
 
    最近在論壇學(xué)到了很多東西，但是發(fā)現(xiàn)所有的天線都要通過饋線與接收機或者發(fā)射機傳遞能量。我個人有幾個觀點，不知道是否正確，還請各位高手指教！ 
 
    1。天線，應(yīng)該有self resonant frequency，只有在這個頻率下，天線的接收或者發(fā)射效率才會比較高。通常認為天線的Q值與帶寬成反比，但是在論文"Impedance, bandwidth, and Q of antennas" Arthur D. Yaghjian, and Steven R. Best 中，天線的Q值定義為， 
   Q = stored power / loss power， 
這樣不是意味著，天線的電抗部分存儲的能量與天線消耗的能量（包括輻射的能量和熱損耗）的比值嗎？ 也就是說如果天線的Q值很高，豈不是發(fā)射的能量反而少了。因此相應(yīng)的帶寬也變得小了。 
   但是天線的效率又定義為， 
   antenna efficiency = radiated power / (radiated power+ thermal loss) 
      從上面這個公式來看，似乎天線的效率與天線的Q值無關(guān)。 
   那么，我想請問天線的Q值與天線的效率有關(guān)嗎，如果Q值，那么意味著輻射的能量就會減小，就意味著天線發(fā)射功率或者接收功率比較低啊。這兩個概念有什么關(guān)系嗎？ 
 
    2. 就是關(guān)于天線的饋線的問題。我認為饋線就是天線的一個負載（對于接收機來講），或者是天線的一個信號源（對發(fā)射機來講），而所謂的天線的反射參數(shù)其實就是在描述饋線的特征阻抗與天線的特征阻抗在某一個頻率范圍內(nèi)的拼配問題。如果我說的是正確的話，那么我能不能不要饋線，直接把天線跟我的接收機或者發(fā)射機芯片連接，讓我的接收機或者發(fā)射機直接進行阻抗匹配（假設(shè)接收機或者發(fā)射機可以做到和天線直接進行阻抗匹配），這樣就可以去掉饋線這一部分了。而且我認為，通常所謂的窄帶天線，也都是由于饋線與天線的匹配帶寬很窄而造成的。就天線而言（單純的裸天線，不包括饋線在內(nèi)）應(yīng)該是可以接收很大范圍頻率的。 
    不知道我上述的看法是否正確，還往高手指教。

網(wǎng)友回復(fù):

是個好問題，同求解

網(wǎng)友回復(fù):

那如果是超寬帶天線，上面的關(guān)于天線Q的公式還成立嗎？

網(wǎng)友回復(fù):

我認為提高Q值主要是從降低熱損耗考慮的。。而你好像是抓住輻射功率不放的

網(wǎng)友回復(fù):

有些問題，  
1Q = stored power / loss power，公式?jīng)]有錯，更加本質(zhì)的是q＝無功功率/有功功率，  
“天線的電抗部分存儲的能量與天線消耗的能量（包括輻射的能量和熱損耗）”有些問題，  
在有功功率中是不包括輻射的能量，只有熱損耗和失配的損耗。對于濾波器、天線等等，q高是好的，表示損耗小，也就是效率高。collin和zucker的anntenna theory有很細致的分析。  
2可以，問題是饋線不僅僅是導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，饋線還起到了調(diào)整匹配的作用，如果你的是匹配的，可以直接接上，但是從工程上，連接天線和接收機的法蘭，就可以被認為是一個比較短的饋線。  
天線的窄帶不一定是饋線造成的。舉個例子，半波天線，就是一個最基本的窄帶天線，因為天線的長度和波長成正比，只有在這個波長上天線才諧振。饋線可能造成窄帶。但是一個設(shè)計優(yōu)良的饋線可以做到10倍頻，相對帶寬是160％。天線的問題一般不出在饋線上。

網(wǎng)友回復(fù):

用降低熱損耗來提高Q值確實不錯，但是在保持熱損耗電阻不變的情況下，增大輻射電阻會降低Q值。 
 
但是在論文"Impedance, bandwidth, and Q of antennas" Arthur D. Yaghjian, and Steven R. Best 中，天線的Q值定義為， 
   Q = stored power / loss power， 
 
其實我并不是抓住輻射功率不放，而是想弄清楚天線輻射效率與帶寬有沒有關(guān)系。 
 
因為我提到的這篇論文，應(yīng)該算是天線領(lǐng)域一個比較資深的人寫的（我覺得可能屬于計算電磁學(xué)領(lǐng)域的），所以才想挖掘一下這個公式的適用范圍，和意義。 
 
   因為按照公式的定義，說明對于一個諧振腔，如果它能存儲并保持能量，Q值應(yīng)該是無窮大，這個基本理論每個人都很清楚，而且典型的例子就是理想的LC諧振腔。 
 
    這樣，對于一個輻射性能比較好的天線，其Q值應(yīng)該比較低，所以帶寬應(yīng)該比較寬才對。我就是想問一下我的這種想法是否正確，還請高人指點。 
 
    而且在不考慮饋線與天線阻抗匹配的條件下（假設(shè)天線阻抗匹配非常好，反射系數(shù)為0），當然，這里也不討論 frequency independent antenna， 記得對于一根天線，其增益（或者也可以等效成輻射電阻）可以近似的用公式表示為 
    Gain = square(A) / square(lambda),  
其中，A應(yīng)該是天線有效感應(yīng)面積，lambda是接收信號的波長（頻率的倒數(shù)）。這樣看來，對于一根天線，在不考慮饋線的影響下，是可以接收寬帶信號的，而且其增益隨著頻率的升高而升高。 那么是不是對于這種天線，也可以看成是Q值比較低的天線呢？

網(wǎng)友回復(fù):

多謝4樓的回復(fù)，十分感謝��！我先把你的回復(fù)好好研究一下，謝謝！希望大家多給建議��！

網(wǎng)友回復(fù):

個人認為Q值跟輻射效率沒有關(guān)系。 
饋線阻抗肯定不是限制天線帶寬的主要因素。不同類型的天線在分析的時候都有一個輸入阻抗，這個值表征了天線激勵端電壓與電流的關(guān)系，是客觀存在的。即便你不用饋線，這把發(fā)射機輸出端得特性阻抗也做成這個值，也不會影響天線的帶寬。天線的帶寬是自己諧振特性的一個表現(xiàn)。實際上比如說同軸線，在很寬的頻率范圍內(nèi)都可以做到接近50歐的特性阻抗，但有幾種天線能做到這樣的帶寬呢？

網(wǎng)友回復(fù):

多謝7樓的回復(fù)。 
 
我也看到一些理論，比如說天線只有在自諧振頻率才會有效輻射能量。如果天線的有效帶寬是由天線的自諧振頻率來決定的話，那是不是意味著: 即使沒有饋線的阻抗匹配影響（假設(shè)饋線始終與天線匹配），天線的反射參數(shù)仍然會是在其自諧振頻率處非常低(比如說-40dB)，在其他遠離自諧振頻率出非常高啊（比如說接近0dB）。那是不是說天線在自諧振頻率處把能量有效的輻射出去，但是在遠離自諧振頻率的地方（即使阻抗是匹配的）能量會被反射回來。不好意思，可能這個地方我說得不清楚，因為我其實也比較糊涂。 
    
    因為如果天線在自諧振頻率處有效輻射能量，那么在發(fā)射機傳輸來的信號遠離自諧振頻率的地方，會怎么辦呢？ 尤其是在阻抗匹配的情況下，發(fā)射機發(fā)送的信號頻率遠離天線自諧振頻率，這個信號的能量如果沒有因為阻抗失配而反射回發(fā)射機，也沒有被天線有效的發(fā)射出去，是不是就變成了熱能了？  
 
     如果問題問的比較粗淺，還望大家見諒。

網(wǎng)友回復(fù):

4摟正解  支持    

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