天线近场远场定义.docx

天线的辐射场分为三个区域，分别是电抗性近场，辐射近场（又称为“菲涅耳区”），以及辐射远场（又称为“夫琅和费区”）。我们平时所说的近场和远场的边界是菲涅耳区与夫琅和费区边界的瑞利距离，用的是波程差作判据：“从源天线按球面波前到达待测天线之边缘与待测天线之中心的波程差为λ/16”。这个就是大家所熟悉的R=2D^2/λ。R就是待测天线到远场区边界的距离，D是天线物理口径的最大尺寸（这个物理口径的最大尺寸是这个意思：假设用一个圆球将天线包裹起来，这个圆球最小的直径。），λ就是工作波长。
假设有一个900MHz的手机，手机的板长为100mm，用的是一般的PIFA或monopole天线。由于手机天线所在的PCB都较小，PCB的地已经是辐射体而不是一般的反射体，即天线的一部分，再加上天线本身有一定的剖面高度。所以算下来，D大约取100mm多一点，按照前面的公式计算远场距离R大约为60mm。这样看来，手机天线的远场似乎并不“远”，也没多大嘛，那为什么我们平时测试手机天线的探头要离得那么远呢？[em02]
问题就在于，手机天线属于电小天线，而电小天线是不适用波程差判据的。电小天线需要附加判据，其中一种就是：“旋转待测天线导致测试距离的改变对所得测量结果影响不大，即峰谷起伏不确定度在额定值内。”计算公式就不附上了，假设峰谷起伏不确定度为0.5dB，计算所得待测天线旋转效应足够小的最小距离R=164mm，这个距离就比较远了。[em09]
我上面的说法涉及一些比较晦涩的理论，并且知识跨度有一定的跳跃性，可能不是特别直观易懂，有兴趣地可以去看看约翰克劳斯教授的《天线》中的“天线测量”一章，可以加深理解。
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相当专业撒，确实有点难懂？
再问下什么样的天线可看作电小天线，为什么电小天线不适用波程差判断？[/QUOTE]
什么是电小天线？按照H.A.Wheeler的定义是l/λ≤1/2π的天线称为电小天线。式中l为天线的最大物理尺寸，λ为工作波长。但是关于电小天线的定义，并没有一个严格的界限。R.W.P.King认为l/λ≤1/10的是电小天线，而S.A.Schlkunoff以及H.T.Friis则定义为l/λ≤1/8。
天线测量中，从有限尺寸的源天线获取平面波阵面，源必须离测试天线无限远。也就是说，严格意义上的远场距离是无限远。但是无限远的测试距离不现实也没有必要。源天线的球面波引起待测天线最大物理尺寸D上的相位误差为22.5º也就是（λ/16的波程差）说，控制在这种误差范围内的天线测量被认为是有足够精度的。这也就是为什么一般定义这个远场距离。
如果不对旁瓣电平有很高的精度要求，2D^2/λ的测量距离对中高增益的天线是合适的。问题在于，电小天线由于天线尺寸的减小，增益降低，旁瓣电平增大，方向图峰谷起伏较大。单纯使用波程差的判据是不完善的，甚至可能引起谬误，所以要附加一个峰谷起伏判据。
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为什么三角锥的补偿要那么大？是这样的，三角锥的补偿分两个部分，一个是线损，一个是路损。线损大家都知道，就是在传输线上的损耗，这个通常并不大。路损就是LZ所说的自由空间损耗，这个就很大了，是损耗的主要部分。
为什么这个损耗那么大？其实说起来，用“损耗”这个字眼似乎并不合适。天线还是把能量辐射出来了，关键就在于，测试探头能够接收的只是其中的一小部分。大家知道球面积的公式是S=4πR^2，那么手机33dBm的功率也不过2W，2W的功率要分布在这个球面上，而探头的物理口径能有多大？如果测试距离较远，那么这个路损大家可以换算成分贝看看，那可就非常大了。就算把天线的增益考虑进来，探头能够接收的能量也高不到哪里去，何况手机天线的增益通常都不高。
这也就是为什么城市里的基站要建得那么密集。为什么用于天文观测或深空探测的天线要建得像巨无霸一样。[em02]
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