辽数天线理论

广播电视天线技术与应用,鞍,天,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,公司简介天线基本概念天线的各类指标天线驻波比的测试方法几种常见天线的基本结构安装与维护传输线零点填充空间波场强的计算,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,公司简介,鞍山市天线技术研究有限公司所成立于1993年是鞍山高新技术产业开发区下属的企业。是集科研和生产的高科技企业。该公司从成立到现在的十几年当中本着“质量为本、用户至上、及时服务、放心使用”的经营理念。不断扩大，从一个不知明的小企业成长为国内同类企业的姣姣者。拥有一批从事天线研究开发的专业人才。我公司研制和生产的广播电视天线以通过国家广电总局检测，并取得了国家广电总局颁发的天线入网认定证书。我公司生产的广播电视天线多次在国家广电总局及中央无线覆盖工程的招标活动中中标，并且出口蒙古、非洲,乌兹别克斯坦等国。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,公司的办公楼,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线的基本概念把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间收集无线电波并产生电信号,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线的基本作用,天线的作用就是将传输线中的高频电磁能转化为自由空间的电磁波，或反之将自由空间的电磁波转化为传输线中的高频电磁能。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关.如果导线位置如图由于两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱.当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。,天线的辐射电磁波原理,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线的辐射电磁波原理,同轴线变化为天线,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线可视为一个四端网络,天线的辐射电磁波原理,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,对称振子两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长。全长与波长相等的振子，称为全波对称振子,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线的各类指标天线的极化方式天线的极化通常分为线极化，圆极化和椭圆极化。线极化又可根据电场适量的取向与地面的关系分为水平极化和垂直极化。在工程上，电场适量E与地面平行的称水平极化；与地面垂直的称垂直极化,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线的极化损失,接收天线和接收电磁波的极化不同时，接收功率的损失为极化损失,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示.天线的方向图,天线的方向性,方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线辐射的方向图（全向）,顶视,侧视,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线辐射的方向图（垂直面波束图）,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线驻波比表示天馈线与收发信机的匹配情况驻波比：它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在广播电视发射系统中，一般要求驻波比小于1.1，但实际应用中VSWR应小于1.15。过大的驻波比会加大发射机反射功率。,天线的电性能参数,天线的驻波比,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,驻波比的产生是由于入射波能量传输到天线输入端未被全部吸收（辐射）、产生反射波，迭加而形成的。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线的增益,增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,表征天线增益的参数有dBd和dBi两种,若参考天线为全方向性天线-dBi若参考天线为半波对称振子天线-dBddBd和dBi表示时的转换关系0dBd=2.14dBi,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线的增益,对称振子,对称振子组阵能够控制辐射能构成“扁平的面包圈”,一个对称台振子假设在接收机中有1mW功率,在阵中有4个对称振子在接收机中就有4mW功率,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,定向天线,天线的增益,利用反射板可把辐射能控制聚集到一个方向上，反射面放在阵列的一边构成,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线的输入阻抗,天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线的前后比,方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比。它大，天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为，所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线波瓣宽度,在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,调频双偶,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,一层,二层,四层,八层,78,32,15,7,0dB,3dB,6dB,9dB,半功率角,天线增益与半功率角的关系,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线驻波比的测试方法,扫频长线法驻波比电桥法,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,测试场地的选择：,为减小影响，达到相对精确的测量值，测试的环境要尽量在空旷无遮挡,且没有电磁波的干扰。同时待测天线距离地面要有一定的距离，减小地面反射对测试结果造成的影响。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,扫频长线法测试天线驻波比,具体测量步骤,1、根据扫频仪各端口的输入阻抗，长馈线的特性阻抗和待测天线的接口，选用适当的转接器（若天线和馈线是75的，选择75转接器）。然后按图（二）连接测试电路，并使长馈线N端开路,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,2、用驻波比已知的标准负载（一般小于1.03）与N端对接。挑选长馈线MN注意所需频内驻波比S1.1长馈线不能用测试。挑选方法：长馈线的N端开路时，开启扫频仪，在荧屏上出现（图三）的波形记下A的尺寸（mm），接标准负载后，荧光屏上出现（图四）的波形，在所需频段范围内记下B的尺寸。运用公式S=A+B/A-B计算长馈线的驻波比S1.1者淘汰；S1.1者可以使用。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,图三,图四,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,3、选择好长馈线MN后，接好长馈线MN并使N端开路，造成扫频信号全反射，扫频仪灾光屏上将再次出现图三的图形。记下图三A的尺寸,接上被测天线,记下图四中所需频段内的B/。分式S/=A+B/A-B/算出M端测天线的驻波比S/，如果忽略长馈线的损耗。S/即为待测天线的驻波比,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,驻波比电桥法的测试步骤：,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,1、按图五接好电桥，暂不接测试电缆，让电桥测试端开路。2、开启扫频仪，找到所需频段，用定标衰减器标出三根回波损失的电平线，即26dB、28dB、30dB调节扫频，使扫频仪上的测试电平线与28dB电平线重合，然后将衰减器衰减成0dB。3、必须把测试天线放在空旷地段，朝天辐射天线离地3以上，这样就可避免大地及地物的影响，使测量结果可信。4、按图五接测试电缆和待测天线。于是显示屏上出现待测天线在所需频段内的测试线曲线。若待测天线在比频段内的测试曲线大于28dB证明比天线的S1.08，性能良好，驻波比达到要求。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,此方法测试应注意几点：第一、尽可能不用测试电缆，因为多数电缆在分米波段内自身的驻波比很难达到S1.03。通常情况下仪器尽可能放在待测天线的下方。用驻波比电桥的测量端直接或通过转接器与天线端口相连，这样测得的结果最为真实。第二、各种在测量中使用的转接器的驻波比要远小于待测天线的驻波比。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,几种常见天线的基本结构.安装与维护,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,分米波缝隙天线的结构、安装与维护基本结构,分米波缝隙天线的外型如图六所示。其基本上由避雷针、玻璃钢外罩（成圆形）、矩形腔体、固定法兰及天线入口等组成。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,分米波缝隙外形图,水平场型图,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,缝隙天线是由谐振腔体和防护外罩组成，矩形谐振腔的宽边开有若干个缝隙，缝隙的多少决定天线的增益。在轴线方向上两层缝隙之间的距离约一个波长，每个缝隙的长度也将近一个波长，理论计算时按照一个波长计算。每个缝隙的馈电是靠电感或电容耦合的，通过调整每个缝隙的谐振幅度的均衡从而获得天线的最大增益。,缝隙天线内部结构的馈电方法,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,缝隙的馈点并不在天线几何尺寸的正中央，而是中点偏上/4。这样使得此天线的下层隙缝辐射器和下层隙缝辐射器的激励电流产生一定的相位差。保证天线在电器上有一定的下倾角度，一般为0.5-1左右。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,缝隙天的安装,1.侧装,天线,桅杆,支撑件,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,2.顶装,天线,过渡段,桅杆,主馈管,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,安装的注意事项,安装前馈管的选择1.馈管与天线、发射机接口要符合2.馈管的驻波比要好（S1.08或1.05),Ss=Sf+1/2（SA-1）Ss:天馈系统的总驻波比Sf:为主馈管的驻波比SA：天线的驻波比从上式可见系统的总驻波比Ss必然劣于馈管的驻波比Sf,所以要使天馈系统的驻波比好，不但要有好的天线还要有好的馈管。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,1.给“O”型圈打硅胶时，应到而不多2.法兰螺栓紧固时要使螺栓均匀受力3.密封要采取三层密封,安装时缝隙天线一定要垂直,连接馈管与天线的紧固与密封,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,缝隙天线的维护与常见故障,缝隙天线的维护,缝隙天线的常见故障及处理,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线刚刚安装完，测天馈系统驻波比大。这种情况一定是连接卡塞与天线和馈管接触不良造成的.处理办法是重新连接。,2.使用一段时间后，驻波比变大。断开馈管与天线连接处，用兆欧表检查主馈管是否进水或有潮气。如果进水，将水或潮气排出。,3.使用过程中，驻波比突然变大。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,调频双偶极子天线,天线系统结构,FM-型双偶极子发射天线系统主要由单元板天线，分馈电缆和功分器组成。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,单元板天线结构,单元板天线由两组单元振子通过同轴功率分配器并由振子支座固定在反射板上组成；振子外导体采用合金铝（不锈钢），内导体铜镀银，反射板采用锌碳钢，因而其重量轻，增益高、耐腐蚀。功率分配器全部由铜件组成，且内导体镀银。分馈电缆根据不同需求可以设计成等长或不等长的形式。不等长分馈电缆的采用使发射变为旋转场，从而达到了驻波性能好，场形均匀的目的。就是通常所说的同相位馈电和90相位差馈电,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,反射板,振子,底座,馈电点,调节片,防水罩,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线的布置,两面布置及水平场形图,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,三面布置及水平场形图,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,四面布置及水平场形图,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,a、在铁塔同一侧面的单元板天线的分馈电缆应该是等长的。,天线组装好之后要进行安装位置的排列，主要考虑以下几点：,安装位置排列,b、做旋转场要求时，同一水平面的分馈电缆长度不同，要依据长度逐步递增的原则，按顺时针方向或逆时针方向依次排布,c.要求同一层单元板天线在同一水平面，同一侧面单元板天线在同一中心线上。,D.安装时必须注意使其馈电点都位于天线中轴的左侧或右侧,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,馈电点,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线的维护及常见故障,使用过程中驻波比突然变得非常大,安装后天线系统驻波比大,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,分米波四偶极子板天线,分米波四偶极子板天线的种类,菱形板的八边形的五边形的六边形的(我公司采用的)倾斜圆盘形的,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,水平天线极化,垂直天线极化,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,和其他天线相比,在一定频率范围内,容易得到较高的增益.可得到定向或不定向性的水平方向图,四偶极子天线的特点,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,频带较宽在UHF频段内,一副天线能进行多频道发射,这种天线把4个(或8个)偶极子装在反射板上,外面装防水罩组成盒式结构,安装方便.,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,分米波四偶极子天线四层六面系统馈电图,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,分米波四偶极子天线三层六面系统馈电图,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,同相位馈电,馈电方式,是指每层中的辐射元有相同的馈电相位。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,旋转相位差馈电,是指每层的辐射元的相位依次相差一个固定的角度。,90相位馈电,120相位馈电,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,馈电方式的选择,四面组合时可以采用同相位或90旋转相位差馈电。两种方式在中心频率附近产生的圆度差不多。但双工或多工时运行时，采用同相位馈电的圆度要好过90相位差的圆度。这是因为按照90旋转相位差馈电，当工作频率偏离中心频率就不存在了，而且偏离越大越不符合原来的设计要求。就是说，频率偏离后的相邻天线单元之间的相位已经不再是相差90的关系了，绕塔一周后回复不到原来的0。其结果导致圆度的变坏。当天线同相位馈电时，由于天线单元之间的相位关系与频率无关，方向图的圆度只受到铁塔界面尺寸的波长数的影响。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,81,0,162,243,0,90,180,270,0,106,216,318,470MHZ(13ch）,522MHZ(19ch）,614MHZ(25ch）,下面是13，19，25三个频道共用天线的情况。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,天线单元的主向在同相位馈电时都是径向的，在旋转相位差馈电时也接近于径向。这样的布置方式称为径向方式。,安装方式的选择,径向方式,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,当天线的支持物的横街面积很大时，为得到满意的全向辐射图形可以采用更多面的组合,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,切射方式,切射方式的计算圆度,D,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,偏置安装偏置安装是指天线的中心线不在一条直线上，而是有一个偏差。如图,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,馈电点,铁塔宽度,偏移量,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,双频双极化广播电视发射天线,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,特点：解决多天线共塔所带来的塔上空间拥挤现象，可以节省出更多塔上空间以便上更多的可用天线。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,连接天线和发射机输出端（或接收机输入端）的电缆称为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量，因此，它应能将发射机发出的信号功率以最小的损耗传送到发射天线的输入端，或将天线接收到的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号，这样，就要求传输线必须屏蔽。,传输线,传输线基本概念,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,超短波段的传输线一般有两种：平行双线传输线和同轴电缆传输线；微波波段的传输线有同轴电缆传输线、波导和微带。平行双线传输线由两根平行的导线组成它是对称式或平衡式的传输线，这种馈线损耗大，不能用于UHF频段。同轴电缆传输线的两根导线分别为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。同轴电缆工作频率范围宽，损耗小，对静电耦合有一定的屏蔽作用，但对磁场的干扰却无能为力。使用时切忌与有强电流的线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。,传输线的种类,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,单位长度产生的损耗的大小用衰减系数表示，其单位为dB/m（分贝米），电缆技术说明书上的单位大都用dB/100m（分贝百米）.,馈线的衰减系数,设输入到馈线的功率为1，从长度为L（m）的馈线输出的功率为2，传输损耗TL可表示为：TL10Lg(1/2)(dB),衰减系数为TL/L(dB/m),鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,平行双线传输线的阻抗,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,同轴电缆,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,为了提高天线的增益，需要增加天线单元板的层数，但是随之而来的问题是天线副瓣增多，零值点增多，这样在邻近发射塔的地区将形成多圈零辐射环带，如图所示，在此环带（1、2、3）上的用户由于场强弱，收视效果不好。层数越多，零辐射点就越多，但影响最大的是第一、第二零点所对应的零辐射环，为了弥补这一缺陷，应对天线系统的第一、第二零点采取填充补偿措施,零点填充与主波束下倾,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,),鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,零点填充的办法1.不等功率配比法可以填充奇数零点2.只改变电流相位而不改变其幅度。改变相位的零点填充办法很多，其中之一就是让顶层和底层的相位不同于其他各层。可以把编号最小的两个零点填充掉。3.机械法多层天线等幅同相馈电，等间距排列，并使最上面一层或几层天线单元板下倾一个角度，如图所示，亦可达到主波束下倾和零点填空的目的。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,零点角和零点距离的计算,r,(rN),),N,N:天线的层数0：波长rN：零点的距离d：层间距h1：天线的高度,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,例如：某电视台采用6层蝙蝠翼天线，架设在海拔250米的山上，服务范围在平原。平原的海拔为50米，天线中心距地面高100米天线层间距h=，工作频率是8频道，计算零点各个零点的位置。解:6层天线应有5个零点，通过公式一次求出零点角为：936；1929；30；4148；5625天线高度h1=250-50+100=300米在根据公式：求出零点距离分别为1774米，849米520米335米199米,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,d,N,多层天线的零点角,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,主波束下倾的原因,主波束下倾,主波束下倾的角度,h0.0278HT(m),t2h,图(5-1),鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,主波束下倾的方法,电气下倾1,这种方法是将辐射单元中的电流的相位自上而下依次滞后一个角度，如图,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,当=t时，相邻辐射单元之间的电流相位差也就确定了而第i单元相对顶层单元的电流相位差为可以通过第i单元的分馈电缆与顶层单元的分馈电缆之间的长度差来实现,这种方法有个缺点就是要求每根分馈电缆的长度都不同，做起来耗费时间，精度也不太好保证。,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,电气下倾2,当天线的层数是偶数时，将其下半部振子群与上半部的振子群所馈送的电流不同，下半部的振子群的电流滞后上半部振子群v相角。如图,A1,A2,鞍山市天线技术研究所有限公司,鞍,天,相位差v应