什么是有源天線和無(wú)源天線？

今日語(yǔ)錄：持續(xù)輸出是最好的學(xué)習(xí)。

雖然工作中時(shí)常會(huì)跟天線打交道，但并沒(méi)有深入研究過(guò)天線，只是把它當(dāng)作一個(gè)黑匣子在用。

某天，突然有這樣一個(gè)疑問(wèn)，什么是有源天線？什么是無(wú)源天線？從字面意思來(lái)看，有源天線就是需要外部供電？無(wú)源天線就是無(wú)需外部供電？無(wú)需外部供電，是不是就不會(huì)涉及到電路？

今天，我們就把這些問(wèn)題搞清楚。

天線是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波，變換成在自由空間中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換。

天線的用途非常廣泛，無(wú)線電通信、廣播、電視、雷達(dá)、電子對(duì)抗、遙感、射電望遠(yuǎn)鏡等，凡是利用電磁波來(lái)傳遞信息的，都依靠天線來(lái)進(jìn)行工作。

本文重點(diǎn)介紹TBOX中常用到的GNSS天線和4G/5G天線。

GNSS（Global Navigation Satellite
System）全稱是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，全世界目前有四中：中國(guó)的北斗、美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的Galileo。

一直以來(lái)，我們用的都是美國(guó)的GPS系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行定位，自從“銀河號(hào)”事件發(fā)生后，我國(guó)就下定決心，要搞自己的定位系統(tǒng)。

銀河號(hào)事件在此簡(jiǎn)要回顧：1993年7月23日，中國(guó)的“銀河號(hào)”貨輪正在印度洋上行駛，導(dǎo)航系統(tǒng)突然沒(méi)有信號(hào)了，船只無(wú)法繼續(xù)航行。后來(lái)得知，是美國(guó)對(duì)伊朗禁運(yùn)，故意關(guān)掉了這個(gè)海域的GPS服務(wù)。消息傳到國(guó)內(nèi)，孫家棟院士與國(guó)防科工委副主任沈榮駿聯(lián)名“上書”，建議啟動(dòng)中國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航工程。1994年12月，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)工程獲得國(guó)家批準(zhǔn)。

定位系統(tǒng)在軍事上具有重要意義，沒(méi)有導(dǎo)航，我們的導(dǎo)彈就成了瞎子。如今，中國(guó)北斗系統(tǒng)已經(jīng)建成（共55顆衛(wèi)星），并開(kāi)始為全球100多個(gè)國(guó)家提供定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)。

那么，GNSS屬于有源天線還是無(wú)源天線？

根據(jù)是否具有低噪聲放大模塊（簡(jiǎn)稱LNA），GNSS可以分為有源GNSS天線和無(wú)源GNSS天線，可以這么說(shuō)，GNSS有源天線=GNSS無(wú)源天線+LNA，LNA的作用是將信號(hào)進(jìn)行放大和濾波。

通常對(duì)于車載設(shè)備而言，考慮到安裝結(jié)構(gòu)，設(shè)備與GNSS天線之間往往有1米左右的距離，在這種情況下我們只能選擇有源天線。天線長(zhǎng)度導(dǎo)致的信號(hào)衰減需要進(jìn)行補(bǔ)償，一般有兩級(jí)LNA進(jìn)行天線前端信號(hào)放大，放大后的信號(hào)經(jīng)由電纜輸出給車載設(shè)備（如：車機(jī)、TBOX等），電纜同步提供LNA所需要的直流電壓。

GPS天線原理圖

無(wú)源GNSS天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，占用空間及體積小，適合于強(qiáng)調(diào)緊湊型空間的導(dǎo)航類產(chǎn)品，手機(jī)、無(wú)人機(jī)等消費(fèi)類產(chǎn)品一般用的都是無(wú)源GNSS。

除了GNSS天線之外，汽車上常見(jiàn)的另外一種天線是4G/5G天線，它是將高頻電流或波導(dǎo)方式的能量變換成電磁波并向規(guī)則方向發(fā)射出去或把來(lái)自相應(yīng)方向的電磁波還原為高頻電流的一種設(shè)備。

發(fā)射無(wú)線電短波的電路示意圖

天線的英文單詞是Antenna，原意為觸須、觸角的意思。昆蟲(chóng)正是由觸角發(fā)送的各種化學(xué)信號(hào)來(lái)傳遞各種社交信息的，因此，把Antenna翻譯成天線是很傳神的。

我們手機(jī)的通信就是手機(jī)上4G/5G天線與基站交互的過(guò)程，TBOX與云端通信的原理與手機(jī)類似。

4G/5G天線是無(wú)源天線，內(nèi)部由一些電容、電感和電阻組成。

綜上，總結(jié)如下：

① 需要外部供電的就是有源天線，不需要外部供電的則是無(wú)源天線；

② 無(wú)論有源還是無(wú)源天線，都是有電路的。

天線看上去很簡(jiǎn)單，實(shí)則里面的學(xué)問(wèn)很大，本文只是初步介紹了有源與無(wú)源天線的差異，后期有機(jī)會(huì)再深挖天線其他方面的知識(shí)。