基本的天線為偶極子天線和環形天線。就噪聲抑製而言

，多種電子設備的各個結構均理解為是如圖1和圖2所(suo)示(shi)的(de)基(ji)本(ben)天(tian)線(xian)的(de)變(bian)形(xing)或(huo)是(shi)這(zhe)些(xie)天(tian)線(xian)的(de)組(zu)合(he)。通(tong)過(guo)此(ci)建(jian)模(mo)

，可(ke)以(yi)識(shi)別(bie)出(chu)噪(zao)聲(sheng)發(fa)射(she)及(ji)靈(ling)敏(min)度(du)高(gao)的(de)頻(pin)率(lv)和(he)方(fang)向(xiang)等(deng)。本(ben)章(zhang)將(jiang)講(jiang)述(shu)基(ji)本(ben)天(tian)線(xian)的(de)本(ben)質(zhi)。



兩種基本天線

圖3展示了本節中講述的基本天線的模型。
(1) 偶極子天線
圖3(a)展示了一個偶極子天線。一般而言，兩根導線jianshijiadianyashi
，huizaizhouweidekongjianchanshengdianchang。fanguolai，ruguojianglianggendaoxianfangdaodianchangnei，huiganyingchudianya。oujizitianxianliyonglezhegegongneng，qiezhuyaoduidianchangmingan。

(2) 單極天線
圖3(b)中zhong的de單dan極ji天tian線xian是shi將jiang偶ou極ji子zi天tian線xian的de其qi中zhong一yi根gen導dao線xian用yong作zuo地di麵mian的de天tian線xian。因yin為wei其qi作zuo為wei天tian線xian的de功gong能neng類lei似si於yu偶ou極ji子zi天tian線xian，所suo以yi本ben節jie將jiang其qi作zuo為wei一yi種zhong偶ou極ji子zi天tian線xian處chu理li。

(3) 環形天線
圖3(c)zhanshileyigehuanxingtianxian。tongguorutusuoshidehuanzhuangdaoxianshijiadianliushi，yichuantougaihuanludefangshichanshengcichang。xiangfan
，ruguochuantougaihuanludecichangbianhua，daoxianshanghuichuxianganyingdediandongshi。huanxingtianxianliyonglezhegegongneng，qiezhuyaoduicichangmingan。

(4) 無線電波的發射
ruguoduishangshutianxianshijiadianyahuodianliu
，huizaitianxianzhouweichuxiandianchanghuocichang。zhegediancichanghuichanshengwuxiandianbo，ranhoufashechuqu。danbushitianxianzhouweidesuoyoudiancichangdouhuizhuanhuanweiwuxiandianbo。xuduoqingkuangxiadianchanghecichangdedabufennenglianghuifanhuidaotianxian。benjiezhong，jiangzhuanhuanweiwuxiandianbodanweifanhuidaotianxiandezuchengbufenchengweifashe。


[page]天線的本質

當電路發射無線電波時，天線作為接收無線電波的出入口。本節中引入了一些表述天線功能的術語。
(1) 易於發射無線電波的天線
施shi加jia電dian壓ya或huo電dian流liu時shi，發fa射she較jiao強qiang無wu線xian電dian波bo的de天tian線xian被bei視shi為wei高gao效xiao天tian線xian。通tong常chang天tian線xian形xing狀zhuang越yue大da，越yue容rong易yi發fa射she無wu線xian電dian波bo。這zhe個ge性xing質zhi將jiang在zai下xia述shu章zhang節jie內nei講jiang述shu。
發射的強度與天線接收的功率呈比例關係。接收的功率隨著施加到天線的電壓或電流升高而變大。但也會受到如圖4所示的天線和信號源之間的匹配阻抗水平所影響。
此(ci)外(wai)，易(yi)於(yu)發(fa)射(she)無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)的(de)天(tian)線(xian)也(ye)易(yi)於(yu)高(gao)效(xiao)接(jie)收(shou)無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)。本(ben)節(jie)著(zhe)重(zhong)於(yu)在(zai)這(zhe)個(ge)天(tian)線(xian)本(ben)質(zhi)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)闡(chan)釋(shi)噪(zao)聲(sheng)發(fa)射(she)。接(jie)收(shou)無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)的(de)匹(pi)配(pei)阻(zu)抗(kang)利(li)用(yong)了(le)與(yu)天(tian)線(xian)相(xiang)連(lian)的(de)負(fu)載(zai)阻(zu)抗(kang)。
請注意，本節中所述的高效天線不同於天線理論內提及的高增益天線。還要注意本節闡釋的前提是天線本身不會有任何損耗。


(2) 極化和天線方向
空中傳輸無線電波的電場和磁場方位稱為極化。天線對這種極化有一個高度敏感的方向。圖5展示了基本天線的方向。
偶極子天線在天線元件的伸展方向（以下稱為“天線軸”）對電場高度敏感
，且不接收垂直於這些元件的電場信號。因為發射無線電波也是這樣，所以不會產生垂直於此軸的電場。
對於環形天線而言，在垂直於環形平麵的方向上存在一個軸，天線對這個軸向的磁場高度敏感。感應不到垂直於此軸（平行於環形平麵）的磁場。


(3) 發射模式
天tian線xian不bu是shi再zai所suo有you方fang向xiang上shang都dou均jun勻yun地di發fa射she。發fa射she的de強qiang度du會hui隨sui方fang向xiang變bian化hua。這zhe就jiu叫jiao做zuo發fa射she模mo式shi。盡jin管guan在zai一yi個ge方fang向xiang上shang集ji中zhong發fa射she的de天tian線xian被bei視shi為wei具ju有you良liang好hao的de指zhi向xiang性xing
，但dan噪zao聲sheng抑yi製zhi並bing不bu需xu要yao天tian線xian有you良liang好hao的de指zhi向xiang性xing。
圖6展zhan示shi了le基ji本ben天tian線xian的de發fa射she模mo式shi。如ru圖tu所suo示shi，即ji使shi方fang位wei不bu同tong，偶ou極ji子zi天tian線xian和he環huan形xing天tian線xian的de發fa射she模mo式shi均jun具ju有you相xiang同tong的de形xing狀zhuang。但dan這zhe些xie發fa射she模mo式shi僅jin適shi用yong於yu天tian線xian尺chi寸cun相xiang對dui bochangeryanhenxiaodeqingxing。ruguopinlvshenggao
，tianxiandechicunxiangduibochangeryanjiubukehulve


，zhehuirangfashemoshichuxianbianhua。lingqingzhuyizhexiezhidaibiaolezuoweiwuxiandianbofashedeyuanjian，ertianxianfu 近的電磁場分布是與此不同的。


以下章節講述了這些基本天線的本質及其與噪聲發射的關係。首先闡釋偶極子天線
，隨後在此基礎上進一步闡釋環形天線。

[page]偶極子天線

(1) 偶極子天線
在兩條開放線路之間施加電壓以發射無線電波的天線稱為偶極子天線。如果如圖7(a)所示線路長度相對波長非常短，則噪聲發射較弱。但如果如 圖7(b)所示總長度接近1/2波長（這意味著每側為1/4波長），電流更易於流動（稱為諧振），且更可能會發射較強的無線電波。如圖 7(c)所示，對偶極子天線的一側接地形成的單極天線也被視為偶極子天線的變形事例。這種情況下，較強的無線電波會出現在天線長度為1/4波長的 頻率處。


(2) 發射無線電需要多大的強度
？
偶極子天線發射無線電需要多大的強度
？圖8展示了用電磁模擬裝置計算無線電波強度的示例。
本次測試將1V正弦波施加到豎直設置的天線上，並測量水平方向上10m遠的某個點處的電場強度。為了測量噪聲
，考慮了地板和天線高度中心的反射。天線的厚度設置為1mm
，信號源的輸出阻抗設置為10Ω，以數字信號的諧波引起噪聲為前提
，在10MHz奇數倍頻率的基礎上進行計算。
圖8(a)展示了天線長度最短為40mm的情形。無線電波相對有限。
圖8(b)展示了天線長度為200mm的情形。無線電波明顯增加
，且在690MHz出現峰值。
圖8(c)展示了天線長度延長到1m的情形。無線電波已經達到最高值，在150MHz，430MHz和730MHz處存在峰值。
如(ru)上(shang)所(suo)述(shu)
，總(zong)的(de)趨(qu)勢(shi)是(shi)天(tian)線(xian)越(yue)長(chang)，無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)越(yue)強(qiang)。隨(sui)後(hou)達(da)到(dao)某(mou)個(ge)長(chang)度(du)時(shi)
，開(kai)始(shi)出(chu)現(xian)峰(feng)值(zhi)頻(pin)率(lv)。但(dan)即(ji)使(shi)天(tian)線(xian)再(zai)繼(ji)續(xu)延(yan)長(chang)，最(zui)大(da)強(qiang)度(du)也(ye)不(bu)再(zai)會(hui)變(bian)高(gao)。


依照數字設備的噪聲規定，距離為10m時的極限值已經設置為30至40dBµV/m。由於圖8的圖表中顯示的範圍遠比這個限值要強，所以可以看到直接輸入1V信號會發射出大幅超過噪聲規定限值的無線電波。[page]

(3) 將數字信號連接到偶極子天線
當數字信號作為噪聲源進行連接時，發射強度有多大
？圖9展示了將第2-4節中說明的諧波連接到圖8(b)中的20cm天線時發射強度的計算結果。
圖9(a)與圖8(b)使用相同的數據
，其中將1V正弦波作為信號源進行連接。
圖9(b)展示了連接理想的10MHz數字脈衝時的計算結果。垂直軸的顯示範圍已經在圖表中偏移了40dB。即使噪聲源是數字信號諧波，也可以看到發射出的無線電波超過了CISPR二類限值達30dB。
圖9(c)展示了如第2-4-4節所述

，脈衝波形作為過渡時間20ns的梯形波時的計算結果。此時的結果可以低於限值。
如(ru)上(shang)所(suo)述(shu)，偶(ou)極(ji)子(zi)天(tian)線(xian)能(neng)夠(gou)發(fa)射(she)非(fei)常(chang)強(qiang)的(de)無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)。因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)謹(jin)慎(shen)設(she)計(ji)，不(bu)要(yao)讓(rang)導(dao)線(xian)和(he)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)中(zhong)采(cai)用(yong)的(de)結(jie)構(gou)形(xing)狀(zhuang)構(gou)成(cheng)偶(ou)極(ji)子(zi)天(tian)線(xian)的(de)形(xing)狀(zhuang)。如(ru)果(guo)無(wu)法(fa)避(bi)免(mian)偶(ou)極(ji)子(zi)天(tian)線(xian)的(de)形(xing)狀(zhuang)
，可(ke)以(yi)預(yu)防(fang)性(xing)地(di)采(cai)用(yong)EMI靜噪濾波器，通過延遲信號的上升時間來降低諧波。


(4) 天線長度和波長的關係
在圖8中，峰值頻率和天線尺寸之間存在某種關係。圖10展示了將天線長度與每個頻率的波長進行比較的圖解。
如圖所示，200mm和1m的長度分別在750MHz和150MHz形成1/2波長。這些頻率幾乎與圖8中的峰值一致。如上所述，偶極子天線在其長度形成1/2波長的頻率時更易於發射無線電波。圖8(c)還展示了除了大約150MHz（1/2波長）之外的循環內無線電波的峰值。這些是天線波長為1/2波長時頻率（此例中為150MHz）的奇數倍
，此時更易於發射無線電波。在這些頻率上

，天線會如第3-3-6節所述產生駐波和諧波，使天線更易於通過電流。
就噪聲抑製而言
，重要的是保持線路長度（可能用作天線）短於波長
，這樣才能減少噪聲發射。圖9顯示了目標為1/20波長的範圍。如果設計時可以將線路或電纜長度保持在這個範圍內，就可以減少噪聲問題。


以下從4到15的章節講述了在噪聲轉換為無線電波時決定天線功效的因素。講述的內容稍有技術含量。如果不是很感興趣，請跳到16。

[page]輸入阻抗

為什麼偶極子天線會在1/2波長的頻率處出現較強的無線電波發射？其中一個原因是輸入阻抗。
圖11展示的圖表計算了圖4-2-8中所用天線的輸入阻抗。如果天線與波長相比很短，就可以看到輸入阻抗為1000Ω或更高，電流幾乎難以通過。相比之下
，使得長度形成1/2波長奇數倍的頻率會讓輸入阻抗成為局部最低點
，大約100Ω（最低點大約是73Ω），使其更易於通過電流。（在圖8中，頻率由於20MHz的增量，看上去稍有偏移）

如上所述
，由於降低了天線的輸入阻抗且因此在長度為1/2波長的奇數倍頻率時產生電流，可（簡單地）理解為發射較強的無線電波。
這個局部最低點稍微偏向使長度為1/2波長（取決於天線粗細度）的頻率的低頻端。在這個頻率點，阻抗成為純電阻
，沒有任何電抗，這意味著天線出現諧振。因 為其他頻率有電抗
，所以可根據電抗的極性稱其為電感（電抗處於陽極狀態，類似於電感器）或電容（電抗處於陰極狀態
，類似於電容器）。


輻射電阻

天tian線xian輸shu入ru阻zu抗kang的de電dian阻zu元yuan件jian表biao示shi為wei輻fu射she電dian阻zu。這zhe個ge輻fu射she電dian阻zu表biao示shi天tian線xian將jiang電dian流liu轉zhuan換huan為wei無wu線xian電dian波bo的de功gong能neng，其qi中zhong相xiang同tong電dian流liu下xia輻fu射she電dian阻zu越yue大da
，發fa射she的de無wu線xian電dian波bo越yue強qiang。盡jin管guan輸shu入ru阻zu抗kang的de電dian阻zu元yuan件jian不bu會hui始shi終zhong與yu輻fu射she電dian阻zu相xiang同tong，但dan這zhe個ge電dian阻zu元yuan件jian可ke以yi作zuo為wei輻fu射she電dian阻zu的de參can考kao。
圖12展示了偶極子天線（圖8中計算為1m長）的電阻元件示例。在1/2波長的諧振頻率處，這個電阻大約為73Ω。
在天線長度短於1/2波(bo)長(chang)的(de)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)，輸(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)較(jiao)高(gao)且(qie)電(dian)流(liu)難(nan)以(yi)流(liu)動(dong)，同(tong)時(shi)電(dian)阻(zu)元(yuan)件(jian)也(ye)會(hui)變(bian)得(de)更(geng)小(xiao)。在(zai)這(zhe)個(ge)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)，即(ji)使(shi)部(bu)分(fen)電(dian)流(liu)流(liu)動(dong)，也(ye)難(nan)以(yi)發(fa)射(she)。
相比之下，在超過1/2波長的頻率範圍內，電阻元件的比率會變得更高。在此頻率範圍內，即使通過的電流非常小，也可發射。因此觀察到圖8(c)的高頻範圍內超出諧振頻率的頻率範圍內存在高電平發射。


從圖12理解到
，偶極子天線不僅在1/2波bo長chang的de奇qi數shu倍bei諧xie振zhen，還hai會hui在zai偶ou數shu倍bei的de頻pin率lv諧xie振zhen。但dan是shi這zhe些xie阻zu抗kang達da到dao局ju部bu最zui大da值zhi而er不bu允yun許xu電dian流liu流liu動dong，也ye會hui造zao成cheng相xiang對dui較jiao弱ruo的de發fa射she。但dan是shi如ru果guo信xin號hao源yuan阻zu抗kang較jiao高gao
，這zhe些xie頻pin率lv的de偶ou數shu倍bei可ke造zao成cheng更geng好hao的de阻zu抗kang匹pi配pei，從cong而er導dao致zhi較jiao強qiang的de發fa射she。

[page]阻抗匹配

(1) 阻抗匹配
若要更加準確地表現無線電波發射較強的現象
，則使用第3-3-6節中闡釋的阻抗匹配概念。當信號源的輸出阻抗等於負載阻抗時，會因阻抗匹配而傳輸最高能量。
在圖8的情況下，隨著天線的輸入阻抗越接近10Ω，傳輸的能量越多
，因此無線電波發射越強。相反這可以理解為隨著阻抗越遠離10Ω
，越多的能量會反射到噪聲源側，導致無線電波越弱。

(2) 共軛匹配
為了更加準確地表述阻抗匹配
，我們使用共軛匹配的概念。
如圖13所示，共軛匹配表示除了加上阻抗的實部（電阻元件）之外還要抵消虛部（電抗元件）的狀態。這種方式允許最大能量傳輸給含天線等電抗的電路。因為共軛匹配抵消電抗，所以它被視為一種諧振狀態。
到目前為止信號源的輸出阻抗已經在計算中設置為10Ω的(de)電(dian)阻(zu)，存(cun)在(zai)信(xin)號(hao)源(yuan)有(you)一(yi)些(xie)電(dian)抗(kang)的(de)情(qing)況(kuang)。在(zai)這(zhe)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)，這(zhe)可(ke)以(yi)理(li)解(jie)為(wei)在(zai)抵(di)消(xiao)天(tian)線(xian)電(dian)抗(kang)的(de)頻(pin)率(lv)處(chu)會(hui)近(jin)似(si)達(da)到(dao)共(gong)軛(e)匹(pi)配(pei)，且(qie)因(yin)此(ci)更(geng)可(ke)能(neng)發(fa)射(she)無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)。所(suo)以(yi)如(ru)果(guo)信(xin)號(hao)源(yuan)有(you)電(dian)抗(kang)，天(tian)線(xian)的(de)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)會(hui)產(chan)生(sheng)偏(pian)移(yi)，且(qie)更(geng)可(ke)能(neng)在(zai)波(bo)長(chang)不(bu)是(shi)1/2波長的頻率處發射無線電波。


匹配的電路

(1) 由於共軛匹配而發生頻率變化的示例
作為天線諧振頻率因共軛匹配而偏移的示例
，圖14展示了小電感(50nH)增加到圖8(b)所示情況下的信號源時計算發射的示例。這可以理解為增加電感會讓諧振頻率朝著低頻端偏移。
改變線路長度幾厘米就能容易產生這個電感水平（50nH）。就電子設備的噪聲抑製而言，電路之間的線路長度發生上述變化（無需更改電路運作）時，噪聲強度會明顯不同。這可以理解為其中一個因素是發射噪聲的天線的諧振發生變化。


(2) 匹配電路
因為使用這種方法可以用相對短的天線在低頻範圍內產生諧振，所以可用於產生緊湊的無線電路。用於調節共軛匹配（例如本例中增加的50nH電感）的電路稱為匹配電路。通常匹配的電路會同時調節電抗和電阻元件。
如(ru)果(guo)是(shi)噪(zao)聲(sheng)抑(yi)製(zhi)的(de)情(qing)況(kuang)，增(zeng)加(jia)的(de)用(yong)於(yu)消(xiao)除(chu)噪(zao)聲(sheng)的(de)電(dian)感(gan)器(qi)或(huo)電(dian)容(rong)器(qi)可(ke)能(neng)會(hui)無(wu)意(yi)間(jian)形(xing)成(cheng)匹(pi)配(pei)的(de)電(dian)路(lu)，因(yin)此(ci)會(hui)增(zeng)加(jia)噪(zao)聲(sheng)排(pai)放(fang)。為(wei)了(le)降(jiang)低(di)這(zhe)種(zhong)風(feng)險(xian)，應(ying)該(gai)選(xuan)擇(ze)損(sun)耗(hao)可(ke)能(neng)最(zui)大(da)的(de)噪(zao)聲(sheng)抑(yi)製(zhi)元(yuan)件(jian)。