快速了解天線的近場遠場的差別

1、快速了解天線的近場遠場的差別無線電波應該稱作電磁波或者簡稱為 EM 波，因為無線 電波包含電場和磁場。來自發(fā)射器、經(jīng)由天線發(fā)出的信號會 產(chǎn)生電磁場，天線是信號到自由空間的轉(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，極性每半個周期變換一 次。天線元件的電流產(chǎn)生磁場，方向每半個周期變換一次。 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

2、電場（a）和一個磁場（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，但他們會向外擴張 （圖 2），超出天線以外后， 電磁場就會 自動脫離為能量包獨立傳播出去。實際上電場和磁場互相產(chǎn) 生，這樣的“獨立”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。近場對近場

3、似乎還沒有正式的定義 - 它取決于應用本身和天 線。通常，近場是指從天線開始到1個波長（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算方法如下：入/2 n = 0.159 入入/2 n = 0.159入圖3標出了輻射出的正弦波和近場、遠場。 近場通常分為兩個區(qū)域，反應區(qū)和輻射區(qū)。在反應區(qū)里，電 場和磁場是最強的，并且可以單獨測量。根據(jù)天線的種類， 某一種場會成為主導。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，因為它產(chǎn)生的磁場很大。 3.近場和遠 場的邊界、運行頻段的波長如圖所示。天線應位于正弦波左 側(cè)起始的位置。輻射區(qū)內(nèi)，電

4、磁場開始輻射，標志著遠場的 開始。場的強度和天線的距離成反比（1/ r3）。圖3所示的過渡區(qū)是指近場和遠場之間的部分 （有些模型沒有定義過渡 區(qū)）。圖中，遠場開始于距離為 2入的地方。 遠場和近場類似，遠場的起始也沒有統(tǒng)一的定義。有認為是 2入，有堅持說是距離天線 3入或10入以外。還有一種說 法是5入/2 n，另有人認為應該根據(jù)天線的最大尺寸D，距離為50D2/入。還有人認為近場遠場的交界始于2D2/入。也有人說遠場起始于近場消失的地方，就是前文提到的入/2 n o遠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，相當于光速。電場和磁場 互相

5、支持并互相產(chǎn)生，信號強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 70年代末，在無線電波發(fā)明之前，蘇格蘭物理學家 麥克斯韋預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)造了四個基本方程，表達電場、磁場和時間之間 的關系。電場隨時間推移產(chǎn)生移動電荷，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，但你應該記得。應用遠場在空間中傳播的強度變化由 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。例如，同等的功率和天線增益下， 900MHz 的信號會比 2.4GHz 的信號傳播得更遠。這一公式也常常用 它來分析現(xiàn)代無線應用的信號強度。 為了準確測量信號的傳播，還必須了解天線在遠場的輻射模 式。在近場的反應區(qū)里，接收天線可能會和發(fā)射天線會由于 電容和電感的耦合作用互相干擾，造成錯誤的結(jié)果。另