我们知道，通信、雷达、导航、广播、电视等无线电设备，都是通过无线电波来传递信息的，都需要有无线电波的辐射和接收。在无线电设备中，用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。天线为发射机或接收机与传播无线电波的媒质之间提供所需要的耦合。天线和发射机、接收机一样，也是无线电设备的一个重要组成部分。 2.天线的功用
天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须经过能量转换过程。下面我们以无线电通信设备为例分析一下信号的传输过程，进而说明天线的能量转换作用。 在发射端，发射机产生的已调制的高频振荡电流（能量）经馈电设备输入发射天线（馈电设备可随频率和形式不同，直接传输电流波或电磁波），发射天线将高频电流或导波（能量）转变为无线电波—自由电磁波（能量）向周围空间辐射（见图1.3.1）；在接收端，无线电波（能量）通过接收天线转变成高频电流或导波（能量）经馈电设备传送到接收机。从上述过
程可以看出，天线不但是辐射和接收无线电波的装置，同时也是一个能量转换器，是电路与空间的界面器件。
图1.3.1 天线能量转换原理示意图
3.天线的分类
要给品种繁多的天线分类是一件非常困难的事情。但不同用途、不同频段的天线，在测量技术要求及方法上都有所不同，下面对天线进行大致分类。
（1）按工作性质分为：发射天线、接收天线和收发共用天线。
（2）按用途分为：通信天线、雷达天线、广播天线、电视天线、导航、跟踪、遥测天线等。
（3）按波长分为：长波、中波、短波、超短波、微波及毫米波天线等。
（4）按频段分：极低频、超低频、甚低频、中频、高频、特高频天线等。
（5）按波段分：L、S、C、X、Ku、K、Ka等。
另外，我们还可以按结构形式分为面天线和线天线等。
1.3.2 天线测量的典型配置
大多数普通天线的测量是测定其远场的辐射特性，如方向图（幅度、相位、极化）、旁瓣电平、增益、频带宽度等。本节将定义这些测量的基本概念。
图1.3.2为测量辐射特性的典型配置。基本步骤是将一副发射或接收的源天线放在相对于待测天线（AUT）的远场位置上，待测天线架设在可旋转平台上，旋转待测天线，借以采集大量方向图取样值，实现天线辐射特性的测量。由于天线是电磁开放系统，测试环境对测
量结果将产生影响，因此必须合理选择测试场地，尽量实现无反射的环境，如建造微波暗室等。
图1.3.2 测量天线辐射特性的典型配置
1.3.3 天线测量中的互易性
天线测量中被测天线的工作状态可以是发射状态，也可以是接收状态。这可根据测量的内容、设备、场地条件等因素灵活选择。由天线互易原理得知，两种工作状态测量该天线参数的结果应该是一致的。
然而在实际测量中，互易原理必须在一定条件下才能应用。
1.天线必须是线性的、无源的，如卫星电视接收天线，其馈源与高频头（LNB）为一体化的，不能用作发射。
2.收发系统阻抗匹配要良好。虽然待测天线和源天线之间存在多次反射，但由于自由空间传播的衰减，这种影响并不严重。源天线、馈线、信号源、待测天线、馈线及接收机，它们相互间的阻抗匹配是满足互易原理的重要条件。
3.调换天线时，收发支路无有源器件，如功率放大器、低噪声放大器、混频器等。
1.3.4 近场和远场
天线是一种能量转换装置，发射天线将导行波转换为空间辐射波，接收天线则把空间辐射波转换为导行波。因此，一副发射天线可以视为辐射电磁波的波源，其周围的场强分布一般都是离开天线距离和角坐标的函数。通常，根据离开天线距离的不同将天线周围的场区划分为感应场区、辐射近场区和辐射远场区，如图1.3.3所示。 图1.3.3 天线的场区
1.感应场区
感应场区是指很靠近天线的区域。在这个场区里，不辐射电磁波，电场能量和磁场能量交替地存储于天线附近的空间内。电小尺寸的偶极子天线，其感应场区的外边界条件是λ/2π。这里，λ是工作波长。
2.辐射近场区
在辐射近场区（又称菲涅尔区）里电场的相对角分布（即方向图）与离开天线的距离有关，即在不同距离处的方向图是不同的。这是因为：
（1）由天线各辐射源所建立的场之相对相位关系是随距离而变的；
（2）这些场的相对振幅也随距离而改变。在辐射近场区的内边界处（即感应场区的外边界处）天线方向图是一个主瓣和副瓣难分的起伏包络；
（3）随着离开天线距离的增加直到靠近远场辐射区，天线方向图的主瓣和副瓣才明显形成，
但零点电平和副瓣电平均较高。辐射近场区的外边界按通用标准规定见式（1.3.1）
式中，r是观察点到天线的距离；
D是天线孔径的尺寸。
3.辐射远场区
辐射近场区的外边就是辐射远场区（夫朗荷费区）。该区域的特点是：
（1）场的相对角分布与离开天线的距离无关；
（2）场的大小与离开天线的距离成反比；
（3）方向图主瓣、副瓣和零值点已全部形成。
辐射远场区是进行天线测试的重要场区，天线辐射特性所包括各参数的测量均需在该区进行。实际测量中必须遵守式（1.3.1）所示的近、远场的分界距离。
图1.3.4所示是电小尺寸L/λ＜1（L是线天线的最大尺寸）的线天线的场区。由图可见，电小天线只存在电抗近场区和辐射远场区，没有辐射近场区。常把辐射远场区与电抗近场区相等的距离定义为L/λ＜1一类天线电抗近场区的外界，越过了这个距离（R=2π/λ），辐射远场区就占优势。
图1.3.4 电小尺寸天线的场区
为了表征辐射远场区相对电抗近场区的大小，常用它们的相对比值。由电基本振子的场方程可以求得电抗近场区与辐射远场区之比，若用dB表示则为
不同距离上的场强比值如表1.3.1所示。
表1.3.1 不同距离上的场强比值
1.3.5 天线辐射特性测量法分类
天线辐射特性测量方法如图1.3.5所示。远场法可分为室外场、室内场及紧缩场测试法；近场法可分为平面、球面、柱面近场测试法。
1.远场法
远场法又称为直接法，所得到的远场数据不需要计算和后处理就是方向图。但是它往往需要很长的距离才能测试天线的特性，所以大多数的远场法都在室外测试场地进行。室外场又分高架场和斜架场，统称为自由空间测试场，主要缺点是容易受外界的干扰和场地反射的影响。远场法如果在暗室里进行就称为室内场。因为所需空间很大，室内场往往成本高。
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