单元天线是指天线系统中最基本的天线单元,采用单元天线的方式来构建大型天线系统。单元天线一般由导体组成,包括天线辐射元件、馈线和联结元件等。
单元天线的特性在于其体积小、重量轻、低成本、易于制造和布局等优点,因此广泛应用于通信、雷达、无线电测量、天体物理学研究等领域。在通信系统中,单元天线可以实现数据传输、宽带通信、蜂窝通信等功能,对于满足现代通信应用的要求具有重要作用。
单元天线的种类很多,常用的包括偶极子天线、方形开槽天线、贴片天线、点状旋转天线、饼状天线、微带贴片天线等。
偶极子天线是最基本的天线类型之一,其构造简单,重量轻,通常使用在低频率的情况下,主要应用于广播、航空通讯等领域。方形开槽天线由两个宽为d、长度为l的金属片组成,具有宽带和较高的天线利用率,常应用于无线局域网。
贴片天线是目前应用最广泛的一种,其结构简单、易制造、体积小,常应用于移动通信、定位导航、飞机遥控等领域。点状旋转天线通常指旋转对称的电极,具有良好的方向性和宽带,主要应用于雷达和通信系统。饼状天线是一种以压电陶瓷片作为振荡片的天线,具有高频率稳定性、宽带、结构简单等特点,常应用于GPS接收机。微带贴片天线由贴片及微带线构成,具有体积小、重量轻、工艺简单和制造成本低的特点,常应用于人造卫星通信、任务无人机等。
单元天线的工作原理可归纳为天线接收到电磁波后,将电磁波能转换成电信号,或者将电信号转换成电磁波能向外辐射。一般地,单元天线的导体被电流激励时,导体周围就会出现电流密度和电场强度分布,从而形成辐射场,辐射场包括远场和近场。
远场和近场是相对于天线长度而言的,远场是指电磁波在天线辐射区域散开后的状态,远离天线的距离越大,辐射场的形成就越接近远场,近场是指天线辐射区域内电磁波能量未散开的状态。在远场辐射中,电磁波能量以球面波的形式向外扩散,其波状特性类似于光波,这是天线最重要的特性之一。
随着通信技术的不断进步,单元天线也在不断改进和演化,天线的工作频段、带宽和方向性都得到了提高。未来,单元天线的发展趋势可能集中在以下几个方面。一是射频集成化,将射频前端集成到单元天线中,减少系统总电路,提高系统利用率。二是智能化,并结合计算机技术,提高天线对目标信号的识别率和捕获率。三是天线的柔性化,开发具有可调角度、可拉伸、可弯曲等柔性结构的单元天线,适配更广泛的应用环境。四是天线的多功能化,通过多种形态的组合,实现天线在不同应用场合下的多种工作模式。