天线有三个特性尤为重要,分别是方向性、增益和带宽。
方向性
偶极子具有很强的指向性:它们能接收到与其成直角的无线电波。这就是为什么电视天线必须正确的原因安装在你的家中,并朝向正确的方向。
FM收音机上的伸缩天线则没有那么明显的指向性,尤其是在信号很强的情况下:如果你把它笔直地指向上方,它几乎可以捕捉到来自任何方向的良好信号。收音机内的铁氧体调幅天线的指向性要强得多。在收听调幅节目时,您会发现需要左右摆动收音机,直到它能接收到非常强的信号。找到最佳信号后,试着将收音机旋转90度,就会发现信号往往几乎消失殆尽。
如上图中的偶极子天线具有很强的指向性。
虽然高指向性天线看起来很麻烦,但只要正确对准,它们就能帮助减少来自不需要的站点或靠近您要探测的站点的信号的干扰。但方向性并不总是好事。
想想你的手机。您希望它能在距离最近的电话杆的任何位置接听电话,或者当它放在您的包里时,无论它碰巧指向哪个方向,您都能接收到信息,因此高度定向的天线并没有什么用。
同样,GPS接收机也是利用多颗太空卫星的信号来告诉你所在的位置。由于信号来自天空中不同位置的不同卫星,因此它们来自不同的方向,同样在这里,高指向性天线也不会有太大帮助。
增益
天线的增益是一个非常专业的测量指标,但从广义上讲,可以归结为天线对信号的增强程度。即使没有天线,电视也会接收到微弱的信号。这是因为金属外壳和其他组件起到了基本天线的作用,它们没有朝任何特定方向聚焦,默认情况下会接收到某种信号。
如果添加一个合适的定向天线,就能获得更好的信号。增益以分贝dB为单位,增益越大,接收效果越好。就电视机而言,复杂的室外天线(例如,10-12个偶极子组成的平行 “阵列”)比简单的偶极子获得的增益要大得多。所有室外天线的效果都比室内天线好,包括窗式天线和固定天线的增益更高,效果也比内置天线好。
上图中,阿波罗17号任务的月球车(1972年12月在月球上拍摄)携带了一个高增益、右上角可折叠的抛物面反射天线,像一把伞。
带宽
天线的带宽是指天线能有效工作的频率或波长范围。这带宽越宽,你能接收到的不同无线电波的范围就越大。这对于像电视这样需要接收许多不同频道的节目很有帮助,但对于电话、手机或卫星通信就没那么有用了,因为在这些节目中,你所感兴趣的只是在一个相当窄的频段上传输非常特定的无线电波。
移动设备通常使用紧凑型微带天线(直接印制在电路板上),设计用于非常有限的特定频率,因此它们的带宽往往很窄。
(1)为插在图书馆图书中的RFID标签供电的天线。它内部的电路没有电源,所有能量都来自接收到的无线电波,通常为13.56MHz(根据国际标准ISO18000)。
(2)PCMCIA无线上网Wi-Fi卡内的偶极子天线。这种天线使用波长为12.5厘米的 2.4GHz无线电波,因此它的总长度只需6厘米左右。