快速了解天线的近场远场的差别

1、快速了解天线的近场远场的差别无线电波应该称作电磁波或者简称为 EM 波，因为无线 电波包含电场和磁场。来自发射器、经由天线发出的信号会 产生电磁场，天线是信号到自由空间的转换器和接口。 因此，电磁场的特性变化取决于与天线的距离。可变的电磁 场经常划分为两部分近场和远场。要清楚了解二者的区 别，就必须了解无线电波的传播。电磁波图 1 展示了典型的半波偶极子天线是如何产生电场和 磁场的。转发后的信号被调制为正弦波，电压呈极性变化， 因此在天线的各元件间生成了电场，极性每半个周期变换一 次。天线元件的电流产生磁场，方向每半个周期变换一次。 电磁场互为直角正交。 1.围绕着半波偶极子的电磁场包括一 个

2、电场（a）和一个磁场（b）。电磁场均为球形且互成直角。天线旁边的磁场呈球形或弧形，特别是距离天线近的磁场。这些 电磁场从天线向外发出，越向外越不明显，特性也逐渐趋向 平面。接收天线通常接收平面波。虽然电磁场存在于天线周 围，但他们会向外扩张 （图 2），超出天线以外后， 电磁场就会 自动脱离为能量包独立传播出去。实际上电场和磁场互相产 生，这样的“独立”波就是无线电波。 2. 距离天线一定范围 内，电场和磁场基本为平面并以直角相交。注意传播方向和 电磁场均成直角。在（a）图中，传播方向和电磁场线方向成正交，即垂直纸面向内或向外。在 （b） 图中，磁场线垂直纸面向 外，如图中圆圈所示。近场对近场

3、似乎还没有正式的定义 - 它取决于应用本身和天 线。通常，近场是指从天线开始到1个波长（入）的距离。波长单位为米，公式如下：入=300/fMHz入=300/fMHz因此，从天线到近场的距离计算方法如下：入/2 n = 0.159 入入/2 n = 0.159入图3标出了辐射出的正弦波和近场、远场。 近场通常分为两个区域，反应区和辐射区。在反应区里，电 场和磁场是最强的，并且可以单独测量。根据天线的种类， 某一种场会成为主导。例如环形天线主要是磁场，环形天线 就如同变压器的初级，因为它产生的磁场很大。 3.近场和远 场的边界、运行频段的波长如图所示。天线应位于正弦波左 侧起始的位置。辐射区内，电

4、磁场开始辐射，标志着远场的 开始。场的强度和天线的距离成反比（1/ r3）。图3所示的过渡区是指近场和远场之间的部分 （有些模型没有定义过渡 区）。图中，远场开始于距离为 2入的地方。 远场和近场类似，远场的起始也没有统一的定义。有认为是 2入，有坚持说是距离天线 3入或10入以外。还有一种说 法是5入/2 n，另有人认为应该根据天线的最大尺寸D，距离为50D2/入。还有人认为近场远场的交界始于2D2/入。也有人说远场起始于近场消失的地方，就是前文提到的入/2 n o远场是真正的无线电波。 它在大气中以 3 亿米/秒的速度， 即 接近18.64万英里/秒的速度传播，相当于光速。电场和磁场 互相

5、支持并互相产生，信号强度和距离平方成反比（1/r2）。麦 克斯韦在其著名的公式中描述了这一现象。19世纪 70年代末，在无线电波发明之前，苏格兰物理学家 麦克斯韦预测出了电磁波的存在。他综合了安培、法拉第和 欧姆等人的定律，制定了一套方程表达电磁场是如何相互产 生和传播的，并断定电场和磁场互相依存、互相支持。 麦克斯韦创造了四个基本方程，表达电场、磁场和时间之间 的关系。电场随时间推移产生移动电荷，也就是电流，从而 产生磁场。另一组方式是说，变化的磁场可以产生电场。天 线发出的电磁波在空间中自行传播。本文没有列出这些方程 组，但你应该记得。应用远场在空间中传播的强度变化由 Friis 公式决定

6、： Pr =PtGrGt 入 2/16 n 2r2Pr = PtGrGt入2/16 n 2r2公式中，Pr =接收功率；Pt =发射功 率； Gr = 接收天线增益 （功率比 ）； Gt =发射天线增益 （功率 比）;r=到天线的距离。公式在视线所及的无障碍开阔空间中 适用。这里有两个问题需要讨论。 接收功率和距离 r 的平方成反比， 和波长的平方成正比，也就是说，波长较长、频率较低的电 磁波传的更远。例如，同等的功率和天线增益下， 900MHz 的信号会比 2.4GHz 的信号传播得更远。这一公式也常常用 它来分析现代无线应用的信号强度。 为了准确测量信号的传播，还必须了解天线在远场的辐射模 式。在近场的反应区里，接收天线可能会和发射天线会由于 电容和电感的耦合作用互相干扰，造成错误的结果。另