天线种类及使用场景

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2025-06-17 15:23:24 885

辐射发射用天线【30MHz以下】

辐射发射测试根据被测量的“频率”或“类型（电场、磁场）”选择不同的天线。因此，在本文中，将介绍辐射发射测试中用于“30MHz以下”频带的天线概要。

1、棒状天线（Rod Antenna）

频率带宽：30Hz～50MHz

测量对象：电场

棒状天线（Rod Antenna）是使用于车载辐射发射测试“CISPR 25”的天线。它由可伸缩的“棒状天线”和称为“Counterpoise”的接地平面组成。从形状上可以看出，它是用来测量垂直偏振电场强度的天线。

在EMC测试中使用的棒状天线，其元件长度为“1米”。一个典型的型号是ETS Lindgren公司的“3301C”。3301C是内置放大器的“主动”类型天线。

因为就在天线正下方是高阻抗输入的放大器，因此需要非常注意过度输入。按道理，过度输入时天线本体会发出蜂鸣声，但即使没有蜂鸣声，放大器饱和的可能性也不能完全排除。

因此，为确认是否饱和，准备一个“被动”类型的棒状天线会更安心。

2、环形天线

频率带宽：10kHz～30MHz

测量对象：磁场

环形天线（Loop Antenna）是在“CISPR 11”测试中使用的天线类型。通过旋转环形天线，可以测量X轴和Y轴上的磁场强度。

使用的是被称为屏蔽环形天线（Shielded Loop Antenna）的设计方式。屏蔽环形天线的结构是，同轴电缆的外导体作为天线的屏蔽体，并且在中心部分设有一个缝隙。这样的设计可以减少环形天线捕捉到的电场干扰，主要用于检测磁场。

环形天线由于结构简单，如链接中所介绍的，可以自制。

在业余无线电和SDR（软件定义无线电）领域，它被用作中波段的天线。在EMC测试中通常使用直径为60厘米的环形天线。代表性的产品包括ETS Lindgren公司的“6502”和罗德与施瓦茨公司的“HFH2-Z2E”。

这两种天线都是内置放大器的“主动”类型。与棒状天线一样，需要注意输入可能达到饱和状态。

3、大型环形天线（Large Loop Antenna）

频率带宽：10kHz～30MHz

测量对象：磁场

大型环形天线（Large Loop Antenna）用于“CISPR 11”和“CISPR 15”测试。根据大型环形天线的设置方向，不仅可以测量X轴和Y轴，还可以测量Z轴方向的磁场强度。在CISPR 11中，使用大型环形天线对电磁感应加热式调理器等进行测试。

大型环形天线（Large Loop Antenna）的环径大小依被测试设备（EUT）的尺寸而定，通常使用的是环径为2米的天线。

除了三轴环形天线集成在一起的型号外，也有只有一个轴的环形天线，通过旋转来进行三轴测量的型号。

大型环形天线（Large Loop Antenna）更多地用于评估被测试设备（EUT）附近的磁场，因此给人的印象更像是评估磁场的“耦合”测试，而不仅仅是“辐射噪声”。

顺带一提，在CISPR 15中采用此测试的原因在于过去灯具的点亮方式。现在主流是配备了开关电源的LED照明，但在汞灯或荧光灯的时代，磁性式稳定器的点亮方式是主流。

磁性式稳定器用于提供灯具点亮所需的起动电压和适当的预热电压，其结构是在铁芯上缠绕电线的“线圈”。

为了防止这个“线圈”漏出的磁场与外部设备产生耦合，CISPR 15中进行了大型环形天线的评估。然而，如今几乎不再有新的利用磁性式稳定器的照明设备被开发。因此，在CISPR 15中的磁场发射测试对于LED照明来说意义不大，不可否认它有些形式化。

辐射发射用天线【30MHz以上】

本文中，我们将介绍用于“30MHz以上”频带的天线。

4、双锥天线（Biconical Antenna）

频率带宽：30MHz～300MHz

测量对象：电场

双锥天线（Biconical Antenna）是在包括“CISPR 11”在内的多种辐射发射测试中使用的天线。通过在天线支架上安装并旋转，可以测量水平偏振和垂直偏振两者的电场强度。

双锥天线的名字源自"Bi"表示“两个”的意思，"Conical"表示“圆锥形”。因此，它是一个由两个圆锥体组成的天线。

由于圆锥形状，与偶极子天线相比，它可以在更宽的频带上使用。ETS Lindgren公司的“3110C”或Schwarzbeck公司的“BBA9106”可能是市面上最常见的型号。

双锥天线使用了“巴伦”（Balun）。巴伦是一种元件，用于将同轴电缆（不平衡线路）转换为天线（平衡线路）。它可以通过改变绕线比来进行阻抗转换，因此在高频电路的多个位置被广泛使用。（"Balun"这个词的来源是"balanced"（平衡）和"unbalanced"（不平衡）的首字母组合而成。）

5、对数周期天线（Log-Periodic Antenna）

频率带宽：200MHz～1000MHz

测量对象：电场

对数周期天线（Log-Periodic Antenna）同样是用于包括“CISPR 11”在内的各种辐射发射测试的天线。它通常被称为“对数周期天线”或简称为“log-periodic antenna”，通过安装在天线支架上并旋转来测量水平偏振和垂直偏振两者的电场强度。

如“Log”表示“对数”和“Periodic”表示“周期性”所示，这种天线的元件长度是根据对数周期设计的以产生共振。由于是对数周期的设计，它能够在广泛的频带中使用。常用的对数周期天线同样包括ETS Rindgren和Schwarzbeck两家公司的产品。

对数周期天线的工作原理和设计方法，在《RF World》第42期“从超宽带特性的典型天线的工作原理到实例”一文中有详细解释。

6、双对数天线（Bilog Antenna）

频率带宽：30MHz～1000MHz

测量对象：电场

双对数天线（Bilog Antenna）是上述的“双锥天线”和“对数周期天线”结合的天线。由于组合了两个天线，因此也被称为“混合天线（Hybrid Antenna）”。

这种天线的特点无疑是“宽带宽”。因为一个天线可以覆盖在1GHz以下的辐射发射测试中要求的测量带宽“30MHz～1000MHz”，因此可以大大缩短测量时间。

虽然这种天线的特性有一些缺点，但其提供的优势足以弥补，因此在许多测试站点中得到了使用。双对数天线中，Schwarzbeck生产的“VULB 9160”是常用型号。

7、双脊波导喇叭天线（Double Ridged Guide Horn Antenna）

频率带宽：1GHz～6GHz

测量对象：电场

双脊波导喇叭天线（Double Ridged Guide Horn Antenna），因名字较长，通常简称为“喇叭天线”。

喇叭天线是将波导（waveguide）的末端连续扩展成喇叭（horn）状而成的天线。由于改良了波管的特性，电波相位一致，可以实现增益和指向性较高的天线。

但是，当喇叭天线体积变大时，中心部分和边缘部分的相位很难保持一致，波面趋向于成圆形状态，因此通常认为不适合制造大型天线。

喇叭天线因为设计简单，在多个领域内得到了使用。

在EMC测试中作为代表性的产品，除了先前提到的ETS Lindgren生产外，Schwarzbeck生产的BBHA9120也是一种常用型号。

介绍了用于“30MHz以上”频带的辐射发射测试天线（双锥天线、对数周期天线、双对数天线、喇叭天线）。

虽然喇叭天线的形状略有不同，但其他所有天线的元件均为棒状。换言之，原理与偶极子天线相同。关于偶极子天线，其特性可以通过计算获得。

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