快速了解天線的近場遠(yuǎn)場的差別

1、快速了解天線的近場遠(yuǎn)場的差別無線電波應(yīng)該稱作電磁波或者簡稱為 EM 波，因?yàn)闊o線 電波包含電場和磁場。來自發(fā)射器、經(jīng)由天線發(fā)出的信號(hào)會(huì) 產(chǎn)生電磁場，天線是信號(hào)到自由空間的轉(zhuǎn)換器和接口。 因此，電磁場的特性變化取決于與天線的距離?？勺兊碾姶?場經(jīng)常劃分為兩部分近場和遠(yuǎn)場。要清楚了解二者的區(qū) 別，就必須了解無線電波的傳播。電磁波圖 1 展示了典型的半波偶極子天線是如何產(chǎn)生電場和 磁場的。轉(zhuǎn)發(fā)后的信號(hào)被調(diào)制為正弦波，電壓呈極性變化， 因此在天線的各元件間生成了電場，極性每半個(gè)周期變換一 次。天線元件的電流產(chǎn)生磁場，方向每半個(gè)周期變換一次。 電磁場互為直角正交。 1.圍繞著半波偶極子的電磁場包括一 個(gè)

2、電場（a）和一個(gè)磁場（b）。電磁場均為球形且互成直角。天線旁邊的磁場呈球形或弧形，特別是距離天線近的磁場。這些 電磁場從天線向外發(fā)出，越向外越不明顯，特性也逐漸趨向 平面。接收天線通常接收平面波。雖然電磁場存在于天線周 圍，但他們會(huì)向外擴(kuò)張 （圖 2），超出天線以外后， 電磁場就會(huì) 自動(dòng)脫離為能量包獨(dú)立傳播出去。實(shí)際上電場和磁場互相產(chǎn) 生，這樣的“獨(dú)立”波就是無線電波。 2. 距離天線一定范圍 內(nèi)，電場和磁場基本為平面并以直角相交。注意傳播方向和 電磁場均成直角。在（a）圖中，傳播方向和電磁場線方向成正交，即垂直紙面向內(nèi)或向外。在 （b） 圖中，磁場線垂直紙面向 外，如圖中圓圈所示。近場對(duì)近場

3、似乎還沒有正式的定義 - 它取決于應(yīng)用本身和天 線。通常，近場是指從天線開始到1個(gè)波長（入）的距離。波長單位為米，公式如下：入=300/fMHz入=300/fMHz因此，從天線到近場的距離計(jì)算方法如下：入/2 n = 0.159 入入/2 n = 0.159入圖3標(biāo)出了輻射出的正弦波和近場、遠(yuǎn)場。 近場通常分為兩個(gè)區(qū)域，反應(yīng)區(qū)和輻射區(qū)。在反應(yīng)區(qū)里，電 場和磁場是最強(qiáng)的，并且可以單獨(dú)測量。根據(jù)天線的種類， 某一種場會(huì)成為主導(dǎo)。例如環(huán)形天線主要是磁場，環(huán)形天線 就如同變壓器的初級(jí)，因?yàn)樗a(chǎn)生的磁場很大。 3.近場和遠(yuǎn) 場的邊界、運(yùn)行頻段的波長如圖所示。天線應(yīng)位于正弦波左 側(cè)起始的位置。輻射區(qū)內(nèi)，電

4、磁場開始輻射，標(biāo)志著遠(yuǎn)場的 開始。場的強(qiáng)度和天線的距離成反比（1/ r3）。圖3所示的過渡區(qū)是指近場和遠(yuǎn)場之間的部分 （有些模型沒有定義過渡 區(qū)）。圖中，遠(yuǎn)場開始于距離為 2入的地方。 遠(yuǎn)場和近場類似，遠(yuǎn)場的起始也沒有統(tǒng)一的定義。有認(rèn)為是 2入，有堅(jiān)持說是距離天線 3入或10入以外。還有一種說 法是5入/2 n，另有人認(rèn)為應(yīng)該根據(jù)天線的最大尺寸D，距離為50D2/入。還有人認(rèn)為近場遠(yuǎn)場的交界始于2D2/入。也有人說遠(yuǎn)場起始于近場消失的地方，就是前文提到的入/2 n o遠(yuǎn)場是真正的無線電波。 它在大氣中以 3 億米/秒的速度， 即 接近18.64萬英里/秒的速度傳播，相當(dāng)于光速。電場和磁場 互相

5、支持并互相產(chǎn)生，信號(hào)強(qiáng)度和距離平方成反比（1/r2）。麥 克斯韋在其著名的公式中描述了這一現(xiàn)象。19世紀(jì) 70年代末，在無線電波發(fā)明之前，蘇格蘭物理學(xué)家 麥克斯韋預(yù)測出了電磁波的存在。他綜合了安培、法拉第和 歐姆等人的定律，制定了一套方程表達(dá)電磁場是如何相互產(chǎn) 生和傳播的，并斷定電場和磁場互相依存、互相支持。 麥克斯韋創(chuàng)造了四個(gè)基本方程，表達(dá)電場、磁場和時(shí)間之間 的關(guān)系。電場隨時(shí)間推移產(chǎn)生移動(dòng)電荷，也就是電流，從而 產(chǎn)生磁場。另一組方式是說，變化的磁場可以產(chǎn)生電場。天 線發(fā)出的電磁波在空間中自行傳播。本文沒有列出這些方程 組，但你應(yīng)該記得。應(yīng)用遠(yuǎn)場在空間中傳播的強(qiáng)度變化由 Friis 公式?jīng)Q定

6、： Pr =PtGrGt 入 2/16 n 2r2Pr = PtGrGt入2/16 n 2r2公式中，Pr =接收功率；Pt =發(fā)射功 率； Gr = 接收天線增益 （功率比 ）； Gt =發(fā)射天線增益 （功率 比）;r=到天線的距離。公式在視線所及的無障礙開闊空間中 適用。這里有兩個(gè)問題需要討論。 接收功率和距離 r 的平方成反比， 和波長的平方成正比，也就是說，波長較長、頻率較低的電 磁波傳的更遠(yuǎn)。例如，同等的功率和天線增益下， 900MHz 的信號(hào)會(huì)比 2.4GHz 的信號(hào)傳播得更遠(yuǎn)。這一公式也常常用 它來分析現(xiàn)代無線應(yīng)用的信號(hào)強(qiáng)度。 為了準(zhǔn)確測量信號(hào)的傳播，還必須了解天線在遠(yuǎn)場的輻射模 式。在近場的反應(yīng)區(qū)里，接收天線可能會(huì)和發(fā)射天線會(huì)由于 電容和電感的耦合作用互相干擾，造成錯(cuò)誤的結(jié)果。另