天线的基本原理和指标

1、天线天线各种天线各种天线B B l la ah h blahb l a hblah什么是天线？什么是天线？=将带有各种信息的电信号以无线电波的形式沿指定方将带有各种信息的电信号以无线电波的形式沿指定方向发射到天空向发射到天空=收集某个方向的无线电波能量并产生一个电信号收集某个方向的无线电波能量并产生一个电信号 无线电波无线电波=是通过空间传播的电磁能量的是通过空间传播的电磁能量的“振动振动”=有点象小池塘上面的有点象小池塘上面的波纹波纹=他们在空间传播的速度为他们在空间传播的速度为 300,000,000m/sec300,000,000m/sec=波纹慢慢向外传播波纹慢慢向外传播=频率就是频率

2、就是“振动振动”的速度的速度或或1 1秒钟内波通过的次数（每秒周称为赫兹，记为秒钟内波通过的次数（每秒周称为赫兹，记为H Hz z，还有还有KHzKHz，MHzMHz，GHzGHz等）等） 波长波长低频低频 高频高频 频率与波长频率与波长=当波向前传播时，两个连续周期之间的距离称之当波向前传播时，两个连续周期之间的距离称之为波长为波长波长波长1/2波长波长A 1/2波长偶极子：波长偶极子： 800MHz 为为 200mm 长长400MHz 为为 400mm 长长1/4波长波长1/4波长波长1/2波长波长偶极子偶极子偶极子偶极子=偶极子在天线中一般用作辐射基础偶极子在天线中一般用作辐射基础=偶极

3、子的长度与波长成比例偶极子的长度与波长成比例82820 M MHz 11/2 2 波长 18 180mmmm, 8 890 M MHz 17 170mmmm天线在 8 850M MHz最适合的 1 1/2 2 波长为 17175mmmm天线带宽 = 8 890 - 82 820 = 7 70M MHz频率范围频率范围=当波长不合适时，天线性能会下降当波长不合适时，天线性能会下降850MHz偶极子偶极子最适合最适合1/2波长波长at 890MHz天线偶极子天线偶极子at 820MHz=在一定频率范围内，性能的下降是可以接受的在一定频率范围内，性能的下降是可以接受的 顶视图顶视图侧视图侧视图天线把

4、无线电波能量天线把无线电波能量控制到哪儿去控制到哪儿去=需要在水平方向需要在水平方向 “ “压扁压扁”这个这个“圈饼圈饼”，用以，用以“浓缩浓缩”信号，使其能够到达预期地方信号，使其能够到达预期地方 =单一偶极子具有“圈饼”形方向图性能的提高称之为增益性能的提高称之为增益. . 这里增益为这里增益为 = 10log(4mW/1mW) = 6dBd一个偶极子一个偶极子 接收接收1mW功率功率按阵列组合的几个偶极子按阵列组合的几个偶极子接收接收4mW功率功率更多的更多的浓缩浓缩信号信号把无线电波能量控制到哪儿去把无线电波能量控制到哪儿去. . “压扁压扁”这个这个“圈饼圈饼”=按阵列组合偶极子按阵

5、列组合偶极子“扇形扇形”天线的反射体具有向一个方向聚集能量的作用，天线的反射体具有向一个方向聚集能量的作用，进一步提高了增益进一步提高了增益这里这里, , 与单一偶极子相比，扇形天线的增益为与单一偶极子相比，扇形天线的增益为10log(8mW/1mW) = 9dBd“扇形阵列扇形阵列”接收接收8 8mWmW功率功率“全向阵列全向阵列”接收接收4 4mWmW功率功率(顶视图)天线天线把无线电波能量控制到哪儿去把无线电波能量控制到哪儿去. . 聚集在一个方向聚集在一个方向=在阵列的一侧放置一个反射体在阵列的一侧放置一个反射体天线增益天线增益=当输入相同功率时，某一天线和无方向性天线在猪当输入相同功

6、率时，某一天线和无方向性天线在猪波束方向上，每单位立体角内辐射功率之比。波束方向上，每单位立体角内辐射功率之比。=天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。一般是把天线最大辐射方向上的场强一般是把天线最大辐射方向上的场强E与理想各向与理想各向同性天线均匀辐射场强同性天线均匀辐射场强E0相比较相比较=从接收的角度看，也可以把增益理解为天线收取某从接收的角度看，也可以把增益理解为天线收取某一方向电磁波的能力，这时增益可表示为天线的有一方向电磁波的能力，这时增益可表示为天线的有效接收面积与与各向同性天线的接收面积的比值效接收面积与与各向同性天线的接收面积

7、的比值单一偶极子单一偶极子按按“圈饼圈饼”图形辐射图形辐射等向性辐射体等向性辐射体向所有方向均等辐射向所有方向均等辐射与偶极子相比，天线的增益记为与偶极子相比，天线的增益记为 “dBd”与等向性辐射体与等向性辐射体相比，天线的增益记相比，天线的增益记为为 “dBi”eg: 3dBd = 5.17dBidBd dBd 与与 dBidBi2.17dB偶极子的偶极子的 增益为增益为 2.17dB前后比前后比（dB） = 10 log（ ），），其典型值为其典型值为 25dB 目标：尽可能降低反向功率目标：尽可能降低反向功率 前向功率前向功率 后向功率后向功率前后比前后比=扇区天线前向辐射功率和后向辐

8、射功率之比扇区天线前向辐射功率和后向辐射功率之比后向功率后向功率前向功率前向功率波束宽度波束宽度=水平面方向图120 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB10dB 波束宽度波束宽度60 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB3dB 波束宽度波束宽度15 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB32 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB=垂直面方向图旁瓣旁瓣下旁瓣抑制下旁瓣抑制(dB)上旁瓣抑制上旁瓣抑制 (dB)天线下倾天线下倾=在波束的朝向上向下倾斜无下倾无下倾电子下倾电子下倾机械下倾机械下倾天线下倾天线下倾馈

9、线馈线 50 ohms 天线天线 50 ohms阻抗阻抗=阻抗是用来描述电磁能量是否能顺畅通过的一个物阻抗是用来描述电磁能量是否能顺畅通过的一个物理量理量=其测量单位为欧姆其测量单位为欧姆 ( ( ) )为获得最佳性能，阻抗必须匹配为获得最佳性能，阻抗必须匹配 80 ohms反射损耗反射损耗=阻抗不匹配，会引起电磁波反射，妨碍能量的有效阻抗不匹配，会引起电磁波反射，妨碍能量的有效传递传递9.5 W80 ohms50 ohms前向前向: 10W返回返回: 0.5W这里，反射损耗为：这里，反射损耗为：RL = 10log(10/0.5) = 13dB电压驻波比电压驻波比=阻抗匹配状况的另一种表达形

10、式是电压驻波比，用阻抗匹配状况的另一种表达形式是电压驻波比，用符号符号VSWRVSWR表示表示RL=20lg dBVSWR+1VSWR-1垂直极化垂直极化水平极化水平极化+ 45 斜极化斜极化- 45 斜极化斜极化极化极化=无线电波振动的不同方向，称之为极化双极化天线双极化天线=两个天线放置在一个单元中V/H ( (垂直垂直/ /水平水平) )斜极化斜极化 (+/- 45)=两路电磁波相互独立极化隔离度极化隔离度=馈送到一个极化方向端口的信号在另一个极化方向端口输出的程度1000mW (ie 1W)1mW本例中隔离度为：本例中隔离度为：10log(1000mW/1mW) = 30dB一个典型的天线技术说明书摘要一个典型的天线技术说明书摘要 频率范围频率范围MHzMHz820 - 890820 - 890 带宽带宽MHzMHz7070 增益增益dBidBi1515 极化极化VerticalVertical 阻抗阻抗 5050 反射损耗反射损耗dBdB1818 半功率半功率 (3 (3dB) dB) 波束宽度波束宽度 水平水平