环形天线：原理、分类与工程应用全解析

基本定义与结构

环形天线是由金属导线弯成闭合的环形（圆形、方形、矩形、三角形等）构成的辐射 / 接收结构，可单圈或多圈绕制；多圈常配合磁芯（如铁氧体棒）提升性能，称为磁环天线（ferrite loopstick）。馈电方式通常为平衡馈电，用于发射时接平衡源，接收时带平衡负载。

工作原理

基于法拉第电磁感应与麦克斯韦方程组：

发射：交变电流流过环，产生随时间变化的磁场，进而激发电磁场向外辐射；电小环表现为磁偶极子，全波大环则接近行波辐射；

接收：入射电磁波的交变磁场穿过环面，在环中感应出电动势与电流；电小环对磁场分量敏感，抗电场干扰能力强。

方向性上，电小环的辐射 / 接收方向图呈8 字形：垂直环面方向最强，沿环面方向为零点；全波大环则有更尖锐的方向性。

核心分类（按周长 C 与波长 λ 的关系）

电小环（Small Loop/Magnetic Loop）：通常 C < λ/10（或 <λ/4），辐射电阻极小、效率偏低，多作接收天线；铁氧体磁芯可显著提升等效面积与 Q 值，是 AM 收音机内置天线的标准方案；

中等环：λ/4 ≤ C ≤ λ，性能介于小环与大环之间，较少单独归类；

电大环 / 全波环（Large/Full-wave Loop）：C≈λ，电流呈驻波分布，辐射电阻大、效率高，适合中短波发射与远距离通信（如 HF 频段的 NVIS 通信）。

关键特性对比

典型应用场景

民用电子：AM 收音机内置铁氧体磁环天线、RFID 读写器线圈、近场通信（NFC）天线；

通信领域：HF 频段业余电台的便携磁环发射 / 接收天线、全波环用于偏远地区或应急通信；

电磁测量：EMC 测试中的磁场探头、近场扫描仪的环形传感器；

物联网 / 智能家居：无线传感器节点的低功耗小环天线、无线充电线圈（近场环形结构）。

设计要点与选型建议

电小环需配高 Q 调谐回路，多圈 + 磁芯是提升灵敏度的核心手段；

大环尽量让周长接近 λ，架设高度与地面条件会显著影响方向图与增益；

抗电场干扰的场景（如电力线附近接收）优先选电小磁环；远距离发射则考虑全波环或多环阵列。

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