航空天線

航空空間的無線電波信號通過天線傳送到電路；電路里的交流電流信號最終通過天線傳送到空間中去。因此，天線是空間無線電波信號和電路里的交流電流信號的一種轉換裝置。

一端和電路中的交流電流信號接觸，一端和自由空間中的無線電波信號接觸。因此，天線的基本參數可分兩部分，一部分描述天線在電路中的特性（即阻抗特性）；一部分描述天線與自由空間中電波的關係（即輻射特性）；另外從實際套用方面出發引入了頻寬這一參數。

基本介紹

• 中文名：航空天線
• 外文名：dish aerial

對應英文名

HIGH FREQUENCY(HF)-高頻、

VERY HIGH FREQUENCY(VHF)-甚高頻、

SATELLITE COMMUNICATION(SATCOM)-衛星通訊、

GLIDE SLOPE(G/S)-下滑道、

LOCALIZER(LOC)-航向道、

WEATHER RADAR(WXR)-氣象雷達、

AIR TRAFFIC CONTROL(ATC)-空中交通管制、

TRAFFIC ALERT AND COLLISION AVOIDANCE SYSTEM(TCAS)-交通警告與防撞、

DISTANCE MEASURING EQUIPMENT(DME)-測距機、

VHF OMNIDIRECTIONAL RANGE(VOR)-甚高頻全向信標、

AUTOMATIC DIRECTION FINDER(ADF)-自動定向機、

LOW RANGE RADIO ALTIMETER(LRRA)-低範圍無線電高度表、

GLOBAL POSITION SYSTEM(GPS)-全球定位系統、

EMERGENCY LOCATOR TRANSMITTER(ELT)-應急定位發射機

功能

基本功能

1．天線應能將導波能量儘可能多地轉變為電磁波能量。這首先要求天線是一個良好的電磁開放系統，其次要求天線與發射機或接收機匹配。

2．天線應使電磁波儘可能集中於確定的方向上，或對確定方向的來波最大限度的接受，即方向具有方向性。

3． 天線應能發射或接收規定極化的電磁波，即天線有適當的極化。

4． 天線應有足夠的工作頻帶。

這四點是天線最基本的功能，據此可定義若干參數作為設計和評價天線的依據。

饋線系統

把天線和發射機或接收機連線起來的系統稱為饋線系統。

饋線的形式隨頻率的不同而分為又導線傳輸線、同軸線傳輸線、波導或微帶線等。所以，所謂饋線，實際上就是傳輸線。

工作

傳輸線→天線→向自由空間輻射的電磁波

作用

發射：將發射機輸出的高頻電流能量（導波）轉換成電磁波輻射出去

接收：將空間電波信號轉換成高頻電流能量送給接收機。

特點

遠距離傳輸損耗小

能量集中

偏遠地區可覆蓋

天線參數

天線的基本功能就是能量轉換和定向輻射，所謂天線的電參數，

就是能定量表征其能量轉換和定向輻射能力的量

天線的方向性

衡量天線將能量向所需方向輻射的能力。

主瓣寬度：

主瓣寬度是衡量天線的最大輻射區域的程度的物理量。越寬越好。

旁瓣電平：

旁瓣電平是指離主瓣最近且電平最高的第一旁瓣的電平。實際上，旁瓣區是不需要輻射的區域，所以其電平越低越好。 （天線輻射的主瓣旁瓣類似方波信號的頻譜圖）

前後比：

前後比指最大輻射方向（前向）電平與其相反方向（後向）電平之比。前後比越大，天線的後向輻射（或接收）越小。前後比F / B 的計算十分簡單--- F / B = 10 Lg {（前向功率密度） /（ 後向功率密度）}

方向係數：

在離天線某一距離處，天線在最大輻射方向上的輻射功率流密度與相同輻射功率的理想無方向性天線在同一距離處的輻射功率流密度之比。這是方向性中最重要的指標，能精確比較不同天線的方向性，表示了天線集束能量的電參數。

天線效率

天線效率定義為天線輻射功率與輸入功率之比。

常用天線的輻射電阻R

來試探天線輻射功率的能力。天線的輻射電阻是一個虛擬的量，定義如下：設有一電阻R，當通過它的電流等於天線上的最大電流時，其損耗的功率就等於其輻射功率。顯然，輻射電阻的高低是衡量天線輻射能力的一個重要指標，即輻射電阻越大，說明天線的輻射能力越強。

增益係數

增益係數是綜合衡量天線能量轉換和方向特性的參數，它的定義為：方向係數與天線效率的乘積，記為： D為方向係數，為天線效率。可見，天線方向係數和越高，則增益係數也就越高。

物理意義：

天線的增益係數描述了天線與理想的無方向性天線相比在最大輻射方向上將輸出功率放大的倍數。也可以這樣通俗地理解，為定向天線與理想全向天線（其輻射在各方向均等）在一定的距離上的某點處產生一定大小的信號之比。

極化方向

極化特性是指天線在最大輻射方向上電場矢量的方向隨時間變化的規律。極化方向，就是天線電場的方向。天線的極化方式有線極化方式有線極化(水平極化和垂直極化)和圓極化(左旋極化和右旋極化)等方式。

只有收信天線的極化方向與所接收電磁波的極化方向一致才能感應出最大的信號來。根據這一原理，我們可以推斷出以下結論。

對於線極化，當收信天線的極化方向與線極化方向一致（電場方向）時，感應出的信號最大（電磁波在極化方向上投影最大）；隨著收信天線的極化方向與線極化方向偏離越來越多時，感應出的信號越小（投影不斷減小）；當收信天線的極化方向與線極化方向正交（磁場方向）時，感應出的信號為零（投影為零）。線極化方式對天線的方向要求較高。當然在實際條件下，電磁波傳播途中遇到反射折射，會引起極化方向偏轉，有時一個信號既可以被水平天線接收，也可以被垂直天線接收，但無論如何，天線的極化方向常常是需要考慮的重要問題。對於圓極化，無論收信天線的極化方向如何，感應出的信號都是相同的，不會有什麼差別（電磁波在任何方向上的投影都是一樣的）。所以，採用圓極化方式，使得系統對天線的方位（這裡的方位是天線的方位，和前面所提到的方向系統的方位是不同的）敏感性降低。因而，大多數場合都採用了圓極化方式。

頻頻寬度

天線的電參數都與頻率有關，也就是說，上述電參數都是針對某一工作頻率設計的，當工作頻率偏離設計頻率時，往往要引起天線參數的變化。當工作頻率變化時，天線的有關電參數不應超出規定的範圍，這一頻率範圍稱為頻頻寬度，簡稱為天線的頻寬。

輸入阻抗

對於發信機來說，天線是一個負載，如何使天線能最多地攝取能量，就要解決一個匹配總是。只有當天線本身的阻抗與發信機的阻抗相等是，才能得到最大的發射功率！對於高頻信號講，天線是很長的導線。

高頻信號從饋點流向天線端點以及從端點反射回來所用的時間，足以引起天線各部分電壓、電流的幅度和相位產生很大的差別，致使天線的長度、結構以及饋電點的位置不同，呈現的阻抗也不同。如中心饋電的偶極振子，當每臂長度為四分一波長時，呈現約50至75歐的純電阻，容易做到與饋電電纜及發信機直接匹配。

當條件限制，無法將天線的長度修整到適當數值時，一般應在天線電路中附加電感電容等電抗元件抵消天線本身呈現的電抗，有時還需要加阻抗變壓器將天線阻抗變換到發信電路的要求值，這些附加元件構成的設備叫“天線調諧器”或“天線匹配器”。

有效長度

有效長度是衡量天線輻射能力的又一個重要指標。天線的有效長度定義如下：在保持實際天線最大輻射方向上的場強值不變的條件下，

接收天線理論

高頻電磁波在空中傳播，如遇著導體，就會發生感應作用，在導體內產生高頻電流，使

接收天線理論

高頻電磁波在空中傳播，如遇著導體，就會發生感應作用，在導體內產生高頻電流，使我們可以用導線接收來自遠處的無線電信號。接收電磁波所用的導線，一般叫做“接收天線”。

有效接收面積

有效接收面積是衡量一個天線接收無線電波能力的重要指標。

它的定義為：

當天線以最大接收方向對準來波方向進行接收時，接收天線傳送到匹配負載的平均功率為PLmax，並假定此功率是由一塊與來波方向相垂直的面積所截獲，則這個面積就稱為接收天線的有效接收面積。有效接收面積越大，天線接收無線電波的能力也就越強

等效噪聲溫度

接收天線的等效噪聲溫度是反映天線接收微弱信號性能的重要電參數。接收天線把從周圍空間接收到的噪聲功率送到接收機的過程類似於噪聲電阻把噪聲功率輸送給與其相連的電阻網路。因此接收天線等效為一個溫度為Ta的電阻。Ta越高，天線送至接收機的噪聲越大，反之越小。

阻抗特性的主要參數

輸入阻抗。

輻射特性的主要參數

方向圖、增益、極化、效率。 除了頻寬之外，後文將對每個參數進行介紹

種類

天線按方向性劃分有定向天線和全向天線；

按極化形式分有單極化和雙極化天線。

在不同場合、不同地形、不同用戶分布等情況時應採用不同的天線形式。天線的種類（型號）很多，目前基站天線的主要種類如下：

1、全向中增益（8-9dBi）、高增益（大於9dBi）普通天線（無零點填充、無賦形技術）

2、全向中增益（8-9dBi）、高增益（大於9dBi）賦形天線（零點填充）

3、全向高增益（大於9dBi）普通波束下傾天線（無零點填充，2°-6°）

4、全向高增益（大於9dBi）賦形波束下傾天線（零點填充5%-25%、下傾1.25°-6°）

5、水平面半功率波束寬度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大於16dBi）普通天線

6、水平面半功率波束寬度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大於15dBi）普通天線

7、水平面半功率波束寬度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大於16dBi）賦形天線（零點填充，上第一副瓣抑制）

8、水平面半功率波束寬度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大於15dBi）賦形天線（零點填充，上第一副瓣抑制）

9、水平面半功率波束寬度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大於16dBi） 固定電下傾天線（6°/9°），這種天線無賦形技術

10、水平面半功率波束寬度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大於15dBi）天線知識第一章天線基礎知識8固定電下傾天線（6°/9°），這種天線無賦形技術

11、水平面半功率波束寬度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大於16dBi）近端手調俯仰面波束電下傾天線（0°-10°），這種天線無賦形技術

12、水平面半功率波束寬度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大於15dBi）近端手調俯仰面波束電下傾天線（0°-10°），這種天線無賦形技術

13、水平面半功率波束寬度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大於16dBi）遠端遙控俯仰面波束電下傾天線（0°-10°），這種天線無賦形技術

14、水平面半功率波束寬度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大於15dBi） 遠端遙控俯仰面波束電下傾天線（0°-10°），這種天線無賦形技術，

15、水平面半功率波束寬度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大於16dBi）方位面波束指向遠控可調（±20°）、俯仰面波束遠控可調天線（0°-10°），這種天線無賦形技術，未見有使用報導，技術有待成熟和驗證，韓國公司已經開發出樣品。

16、水平面半功率波束寬度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大於15dBi）方位面波束指向遠控可調（±20°）、俯仰面波束遠控可調天線（0°-10°），這種天線無賦形技術，未見有使用報導，技術有待成熟和驗證，韓國公司已經開發出樣品。

17、定向高增益（約21dBi）、水平面窄波束（30-33°）天線，這種天線體積較大，安裝時應注意風載荷。

18、高前後比天線。尤其是頻率緊密復用時，後瓣過大容易產生鄰頻（甚至同頻）干擾，從而影響網路質量。前後比大於35dB天線為高前後比天線，增益、波束寬度的規格與普通定向天線一樣。高前後比天線採用對數周期偶極子單元組陣而成，因此從外形上看，這種天線比較厚，但比較窄，相同增益、波束寬度時，這種天線略重。

幾種天線比較

天線是衛星通信系統的重要組成部分，是地球站射頻信號的輸入和輸出通道，天線系統性能的優劣影響整個通信系統的性能。地球站與衛星之間的距離遙遠，為保證信號的有效傳輸，大多數地球站採用反射面型天線。反射面型天線的特點是方向性好，增益高，便於電波的遠距離傳輸。

反射面的分類方法很多，按反射面的數量可分為雙反射面天線和單眼射面天線；按饋電方式分為正饋天線和偏饋天線；按頻段可分為單頻段天線和多頻段天線；按反射面的形狀分為平板天線和拋物面天線等。下文對一些常用的天線作簡單介紹。

拋物面天線

拋物面天線是一種單眼射面型天線，利用軸對稱的旋轉拋物面作為主反射面，將饋源置於拋物面的焦點F上，饋源通常採用喇叭天線或喇叭天線陣列，如圖1所示。發射時信號從饋源向拋物面輻射，經拋物面反射後向空中輻射。由於饋源位於拋物面的焦點上，電波經拋物面反射後，沿拋物面法向平行輻射。接收時，經反射面反射後，電波匯聚到饋源，饋源可接收到最大信號能量。

拋物面天線的優點是結構簡單，較雙反射面天線便於裝配。缺點是天線噪聲溫度較高；由於採用前饋，會對信號造成一定的遮擋；使用大功率功放時，功放重量帶來的結構不穩定性必須被考慮。

卡塞格倫天線

卡塞格倫天線是一種雙反射面天線，它由兩個發射面和一個饋源組成，如圖2所示。主反射面是一個旋轉拋物面，副反射面為旋轉雙曲面，饋源置於旋轉雙曲面的實焦點F1上，拋物面的焦點與旋轉雙曲面的焦點重合，即都位於F2點。從從饋源輻射出來的電磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。由於主反射面的焦點與副反射面的焦點重合，經主副反射面的兩次反射後，電波平行於拋物面法向方向定向輻射。對經典的卡塞格倫天線來說，副反射面的存在遮擋了一部分能量，使得天線的效率降低，能量分布不均勻，必須進行修正。修正型卡塞格倫天線通過天線面修正後，天線效率可提高到0.7—0.75，而且能量分布均勻。目前，大多數地球站採用的都是修正型卡塞格倫天線。 卡塞格倫天線的優點是天線的效率高，噪聲溫度低，饋源和低噪聲放大器可以安裝在天線後方的射頻箱裡，這樣可以減小饋線損耗帶來的不利影響。缺點是副反射面極其支幹會造成一定的遮擋。

格里高利天線

格里高利天線也是一種雙反射面天線，也由主反射面、副反射面及饋源組成，如圖3所示。與卡塞格倫天線不同的是，它的副反射面是一個橢球面。饋源置於橢球面的一個焦點F1上，橢球面的另一個焦點F2與主反射面的焦點重合。格里高利天線的許多特性都與卡塞格倫天線相似，不同的是橢球面的焦點是一個實焦點，所有波束都匯聚於這一點。

環焦天線

對衛星通信天線的總要求是在寬頻帶內有較低的旁瓣、較高的口面效率及較高的G/T值，當天線的口面較小時，使用環焦天線能較好地同時滿足這些要求。因此，環焦天線特別適用於VSAT地球站。 環焦天線由主反射面、副反射面和饋源喇叭三部分組成，結構如圖4所示。主反射面為部分旋轉拋物面，副反射面由橢圓弧CB繞主反射面軸線OC旋轉一周構成，饋源喇叭位於旋轉橢球面的一個焦點M上。由饋源輻射的電波經副反射面反射後匯聚於橢球面的另一焦點M’， M’是拋物面OD的焦點，因此，經主反射面反射後的電波平行射出。由於天線是繞機械軸的旋轉體，因此焦點M’構成一個垂直於天線軸的圓環，故稱此天線為環焦天線。環焦天線的設計可消除副反射面對對電波的阻擋，也可基本消除副反射面對饋源喇叭的回射，饋源喇叭和副反射面可設計得很近，這樣有利於在寬頻帶內降低天線的旁瓣和駐波比，提高天線效率。缺點是主反射面地利用率低，如圖4所示，AA’間的區域沒有作用。

偏饋型天線

無論是拋物面天線，還是卡塞格倫天線，都有一個缺點，總有一部分電波能量被副反射面阻擋，造成天線增益下降，旁瓣增益增高。可以使用天線偏饋技術解決這個問題。所謂偏饋天線，就是將饋源和副反射面移出天線主反射面的輻射區，這樣就不會遮擋主波束，從而提高天線效率，降低旁瓣電平。偏饋型天線廣泛套用於口徑較小的地球站。這類天線的幾何結構比軸對稱天線的結構要複雜得多，特別是雙反射面偏饋型天線，其饋源、焦距的調整要複雜得多。

雙頻段天線

如果使用頻率選擇表面（FSS）作副反射面，就可以構成雙頻段天線。FSS是一種空間濾波器，通過在空間放置周期性的金屬貼片或金屬縫隙構成，它在某些頻率可讓電磁波無衰減的通過，而在另外一些頻率將電磁波完全反射。其結構及電磁特性如圖6所示，在頻率f1電磁波被完全反射，在頻率 f2電磁波完全通過。如果我們使用這樣的FSS作副反射面，並使饋源1工作在f1，饋源2工作在f2， 則兩個饋源可無干擾地工作在同一副天線上，如圖7所示。利用相同地原理，可製成多頻段天線，這種技術已在衛星上得到套用。這種天線地優點是可有效利用反射面，降低天線重量。

現狀

AV59

AV59航空Trimble GNSS天線被設計為支持空中，陸地和海洋套用厘米級精度。 堅固的8孔艙壁安裝允許天線在最崎嶇的環境中使用。

天寶AV59 GNSS天線提供對目前和未來的全球導航衛星的信號，包括GPS L5，GLONASS和Galileo

的支持。 這確保了天線將與你的現在和未來最有可能的GNSS接收機。 全面支持GNSS AV59航空的Trimble GNSS天線提供對目前和未來的全球導航衛星的信號，包括GPS L5，GLONASS和Galileo的支持。 這確保了天線將與你的現在和未來最有可能的GNSS接收機。 強健的多路GPS天線 天線抗拒的不必要的信號干擾或多路徑，這可能會導致不準確的測量。 多路徑是，如在地上，周圍的樹木，或建築物表面反射信號引起的。 彈性 天線設計的航空類型。 艙壁安裝，確保只有崎嶇的天線罩經受風吹雨打。 這是一個理想的設計為客戶機控制系統建設。 天線可以安裝在與汽車表面或上一個桿安裝頂部平齊。 TNC連線器是位於底面確保連線的電纜也可以從環境的保護單位。

AV37

高性能的航空測繪的全球導航衛星系統的支持和測量

天寶AV37航空天線被設計為支持厘米級精度都在一個緊湊的設計對空氣中的套用和跟蹤SBAS信號。 這是完全由FAA認證飛機安裝。 健壯的，經過認證的的全球導航衛星系統航空天線 從空中利用全球導航衛星系統的測繪和測量，需要調查天線技術等級在一個緊湊和可靠的外形。 天寶AV37 GNSS航空天線不影響性能的情況下實現。

GPS天線

技術要求 技術指標

頻率（Frequency） 1575±5 MHz

頻寬(Band Width) ≥10MHz

增益 （Gain） 4 dBi

輸出駐波比（Output VSWR） 1.5 maximum

極化（Polarization） 右旋圓極化(RHCP)

阻抗(Impendance) 50Ω

補充：阿雷西博望遠鏡、喇叭天線、智慧型天線