天线基本知识讲座(华光内训)

1、张作龙管理天线1.1天线角色和状态无线发射器输出的射频信号功率通过馈线(电缆)传送到天线，由天线以电磁波形式发射。电磁波到达接收点后，由天线接着(只接收功率的一小部分)通过馈线传送到无线电接收器。显然，天线是发送和接收电磁波的重要无线电设备，即使没有天线，也没有无线电通信。天线可以根据频率、用途、地点、要求等不同而不同。需要对不同种类的天线进行适当的分类。按用途分类可以分为通信天线、电视天线、雷达天线等。可以按工作频带分类为短波天线、超短波天线、微波天线等。定向分类可以分为全向天线、定向天线等。可以按外形分类为线天线、面天线等。*如果在电磁波的辐射导线上流动交流电流，

2、就会产生电磁波的辐射，辐射能力与导体的长度和形状有关。如图1.1a所示，如果两条电线的距离很近，则电场绑在两条电线之间，辐射很小。如图1.1b所示，通过展开两条导线，电场扩散到周围空间，增加了辐射。必须指出，当电线的长度l比波长小得多时，辐射很弱。如果导线的长度l变大到可以与波长相比，导线的电流就会大幅度增加，形成强烈的辐射。图1.1a，图1.1b，1.2对称振子对称振荡器是迄今为止使用最广泛的经典天线，单半波对称振荡器可以简单地用作单站点或抛物线天线的馈源，也可以配置具有多个半波对称振荡器的天线阵列。双臂长度相等的振荡器称为对称振荡器。每个臂长为四分之一波长、全长为二分之一波长的振荡器称为半

3、波对称振荡器(见图1.2a)。另一种形式的半波对称振荡器可以看作是将电波对称振荡器折叠成窄长的矩形框，叠加电波对称振荡器的两端。这种窄矩形帧称为折叠振荡器，折叠振荡器的长度也是半波长，因此称为半波长振荡器。请参阅图1.2b。图1.2a，图1.2b，1.3天线方向的讨论1.3.1天线定向发射天线的基本功能之一是将从馈线获取的能量发射到周围空间，基本功能之一是将大部分能量发射到所需方向。垂直放置的半波对称振荡器具有平面“百吉饼”形状的三维方向图(图1.3.1a)。立体地图是立体的，但很难画。图1.3.1b和图1.3.1c显示了描述指定平面上天线方向的两个主平面图。如图1.3.1b所示，在振荡器的轴

4、向上，辐射为零，最大发射方向在水平面上。如果查看图1.3.1c，可以看到水平面各个方向的辐射量都是如此大。图1.3.1c水平面方向图、图1.3.1b垂直面方向图、图1.3.1a三维方向图、1.3.2天线方向也增加了多个对称振荡器组的排列，以控制辐射，生成“平坦的百吉圈”以使信号更集中到水平面方向。下图显示了四个半波对称振荡器沿垂直直线上下排列成一个垂直四元阵列时的三维和垂直面方向。可以使用垂直方向、三维方向或反射板配置控制阵列一侧辐射的扇区盖天线。下面的水平面方向图显示了反射面的作用-反射面向一侧反射功率，从而增加增益。全方位阵列(没有平面反射板的垂直阵列)、抛物线反射面的使用、更好的天线发射

5、、光学的探照灯等，通过将能量集中在较小的立体角上，可以获得较高的收益。抛物面天线的构成包括两个基本要素：抛物面反射面和置于抛物面焦点的辐射源。，扇区盖(具有平面反射板的垂直排列)、平面反射板、1.3.3增益表示在输入功率相同的条件下，实际天线和理想发射单元在空间中生成的信号的功率密度百分比。定量描述天线集中输入功率发射的程度。增益显然与天线模式密切相关，方向也是主襟翼越小，侧襟翼越小，增益越大。可以理解增益的物理含义-如果使用理想的全向点源作为发送天线在特定距离的特定点生成特定大小的信号，则需要100W的输入功率，如果使用G=13dB=20的定向天线作为发送天线，则仅需要100/20=5W的输

6、入功率。也就是说，天线的增益是从最大发射方向发射的效果，是输入功率与全方位理想点源相比的倍数。半波对称振荡器的增益为G=2.15dBi。四个半波对称振荡器沿垂直直线上下排列，构成了约g=8.15 DBI增益的垂直四元阵列(DBI表示比较对象是每个方向均匀发射的理想点源)。以半波对称振荡器为比较对象时，增益的单位是dBd。半波对称振荡器的增益为G=0dBd(因为与自身比较，比率为1，代数为0)。)；垂直四元阵列，其增益大约为G=8.152.15=6dBd。1.3.4波瓣宽度方向图通常至少有两个瓣，其中发射强度最大的瓣称为主瓣，其余瓣称为旁瓣或旁瓣。参考图1.3.4a，在主襟翼的最大发射方向上，发

7、射强度为3dB(功率密度减半)的两点之间的角度定义为波瓣宽度(也称为波束宽度或主瓣宽度或反转圆角度)。波瓣宽度越小，方向性越好；作用距离越长，抗干扰能力越强。另一种类型的裂片宽度为10dB裂片宽度。顾名思义，在方向图中，发射强度为10dB(功率密度减少到十分之一)的两点之间的角度。图1.3.4b .3dB波瓣宽度，-3dB点，-3dB点，-10dB点，-10dB点，-10dB点，峰值方向(最大发射方向)，图1.3.4a向前和向后计算比F/B简单。-F/B=10lg(前功率密度)/(后功率密度)当对F/B有要求时，天线的前功率密度和后功率密度通常为(1830)dB，在特殊情况下为(3540)dB

8、。1.3.6天线增益的一些近似计算1)天线主瓣宽度越小，增益越大。对于一般天线，增益为G(dBi)=10Lg32000/(23dB、E23dB、H)表示式，23dB、E和23dB，H分别是两个主平面上天线的皮瓣宽度。32000是统计数据。2)对于抛物线天线，G(dBi)=10Lg4.5(D/0)2表达式的D为抛物线直径。0是中心操作波长。4.5是统计数据。3)对于直立全方位天线，近似计算G(dBi)=10Lg2L/0，l为天线长度。0是中心操作波长。天线基础，对于1.3.7旁瓣抑制基站天线，俯仰面的垂直面上通常要求主瓣上的第一瓣尽可能弱。这就是所谓的旁瓣抑制。基站的服务对象是地面上的移动电话用

9、户，对天空的复制没有意义。天线基本原理，1.3.8天线下，主襟翼面向地面，放置时要适当地发射天线。垂直极化，1.4天线的极化天线向周围空间发射电磁波。电磁波由电场和磁场组成。电场的方向规定了天线极化的方向。常用的天线是单偏振。下面说明了垂直偏振光的两个基本单极化的情况。-最常用；水平极化-也使用。水平极化、垂直极化、1.4.1双极化天线下还出现了其他两种单极化情况：45极化和-45极化，这些情况仅在特殊情况下使用。这样，总共有四个单极化。请参阅下图。垂直偏振和水平极化天线，或者45偏振和-45极化两个极化天线的组合形成了新的天线-双极化天线。水平极化，45极化，-45极化，下图显示两个单极化天

10、线安装在一起的双极化天线。双极化天线有两个接头。双极化天线在空间中相互正交(垂直)的两个极化发射(或接收)。V/H(垂直/水平)双极化，45/-45双极化，1.4.2极化损失垂直极化应作为具有垂直极化特性的天线接收，水平极化应作为具有水平极化特性的天线接收。右手圆极化波应作为具有右手圆极化特性的天线接收，左手圆极化波应作为具有左手圆极化特性的天线接收。如果传来的波的极化方向与接收天线的极化方向不匹配，则接收的信号变小。也就是说，偏心损失。例如，当通过45极化天线接收垂直极化或水平极化时，或当通过垂直极化天线接收45极化或-45极化时，等极化损失。如果用圆极化天线接收一线偏振波，或用线性极化天线

11、接收圆形偏振波等，则极化损失也是不可避免的-仅接收到达波的一半能量。如果接收天线的极化方向与接收天线的极化方向完全垂直，例如，通过水平极化接收天线接收垂直极化波，或通过右侧圆极化接收天线接收左侧圆极化波，则天线完全接收不到接收波的能量，在这种情况下，极化损失最大，被称为极化完全隔离。1.4.3没有极化隔离理想的偏振完全分离。一个极化天线提供的信号量总是在另一个极化天线上出现一定程度。例如，在下图所示的双极化天线中，输入垂直极化天线的功率为10W，结果为水平极化天线的输出功率为10mW。垂直极化，10W，水平极化，10mW，在这种情况下，极化分离为x=10lg (10，000mw/10mw)=1

12、0m (1000)=30 (db)，1.5天线的输入阻抗ZZ输入阻抗具有电阻元件Rin和电抗元件Xin，即Zin=Rin jXin。电抗分量的存在减少了从馈线到信号功率的天线提取，因此电抗分量应尽可能为零。也就是说，天线的输入阻抗必须尽可能是纯粹的电阻。实际上，设计好并调试好的天线在输入阻抗中始终包含较小的电抗分量值。输入阻抗与Zin=73.142.5(欧洲)的输入阻抗是最重要的基本天线的天线的结构、大小和操作波长相关。缩短长度()可以消除电抗组件，使天线的输入阻抗成为纯粹电阻。输入阻抗为Zin=73.1(欧洲)(称为75 EUR)。严格地说，纯电阻天线输入阻抗只是点频率。但是，半波耦合振荡器

13、的输入阻抗是半波对称振荡器的4倍，Zin=280(欧洲)，300欧元。有趣的是，天线阻抗可以通过天线阻抗进行调试。在所需操作频率范围内，使输入阻抗的虚拟部分较小，实际部分相当接近50欧元，因此天线输入阻抗与馈线匹配良好是必要的。1.6天线的工作频率范围(频带宽度)收发天线总是在一定的频率范围(频带宽度)内工作，天线的频带宽度有两个不同的定义-一个是在驻波比SWR1.5条件下天线的工作频带宽度；一是天线增益在3分贝范围内减少的频带宽度。在移动通信系统中，通常通过前面的方法定义，具体地说，天线的频带宽度是天线的工作频率范围，当天线精度比SWR不超过1.5时。通常，天线性能在工作频带宽度内的各种频率

14、点上存在差异，但是由于这些差异而导致的性能下降是可以接受的。1.7移动通信中常用的基站天线、中继器天线和室内天线1.7.1板型天线是GSM或CDMA中应用最广泛的非常重要的基站天线类型。该天线的优点是高增益、扇形方向、小后瓣、垂直定向角度控制方便、可靠密封性能和长寿命。板式天线也经常用作中继站的用户天线，应根据作用扇区的范围大小选择适当的天线型号。1.7.1a基站板天线的基本技术指标示例，天线的基本知识，频率范围，频带宽度，增益，极化，标称阻抗，电压正向波比，反转力波束宽度，前后比，向下倾斜(可调节)，垂直面旁瓣抑制，824-a 四个半波振荡器垂直方向图增益为G=8.15dB，单个半波振荡器，

15、两个半波振荡器，四个半波振荡器，a .使用多个半波振荡器垂直放置的直线阵列，两个具有反射板的半波振荡器垂直方向图，两个具有反射板的反射板b .在直线阵列的一侧添加反射板(在具有反射板的2个半波振荡器垂直阵列中)，增益还可以进一步使用8个半波振荡器阵列来提高g=1114db，c .板型天线的增益。 如上所述，垂直放置4个半波振荡器的直线阵列的增益约为8dB是；一种在一边有反射板的四边直线阵列，即具有大约1417dB增益的普通板形天线。一边有反射板的8圆直线阵列，即延长板天线，其增益约为1619dB。不用说，延长板天线的长度是一般板天线的2倍，比一般板天线长2.4米左右。1.7.2高增益栅抛物线天

16、线经常使用性能比、栅抛物面天线作为中继器试主天线。抛物线具有良好的聚焦效果，因此抛物线天线聚合能力强，直径为1.5米的栅极抛物线天线在900兆波段内增益为G=20dB。这尤其适用于点对点通信(例如，经常被选择为中继器的时主天线)。抛物线使用栅格结构。一个是为了减轻天线的重量，另一个是为了减少风的阻力。抛物面天线通常可以提供30dB以下的前后比，这是中继器系统的自激保护，是接收天线必须满足的规格。1.7.3 8木材定向天线，8木材定向天线，具有高增益、轻型结构、方便架设、低价等优点。因此，特别适用于点对点通信，这是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型。八元定向天线的单元数越多，增益就越高，通常可以使用612单元的八元定向天线获得1015dB的增益。1.7.4室内屋顶吸收天线，室内屋顶吸收天线结构轻便，外形美观，安装方便。现在市面上的室内屋顶天线外观很不同，但内部核心的购买