天线隔离度的分析与计算讲稿ppt课件

1、介绍天线的工作原理，远场和近场的概念以及天线输入阻抗和辐射效率的确定，天线隔离和空间隔离的远场方向图方向性系数和功率增益，天线隔离和空间隔离的概念和物理意义，电磁兼容中近场和远场隔离的分析和计算公式，介绍在任何具有综合功能的移动系统中，如飞机、火车、船舶等。为了保持系统与其他系统或地面之间的通信，它们中的大多数使用无线电通信，而一些也在系统内部使用无线电通信技术。这些无线电通信工具的发射器和接收器的天线不仅发射具有调谐频率的无线电信号，还发射无意的互调失真信号。这些有意的传输信号和无意的传输信号经常成为天线的干扰源。例如，安装在车内的无线电话收发系统的工作频率在1兆赫兹到1千兆赫兹之间，而车内

2、发动机点火装置产生的干扰信号频谱可达200兆赫兹，而市内广播电视发射天线的调谐频率在10兆赫兹到数百兆赫兹之间，所以车内无线电话收发系统的工作频率一般设置在较低的频段，否则会受到广播电视信号或发动机点火噪声的干扰。随着电子技术和通信技术的快速发展，越来越多的电子设备被集成到一个系统中。同时，一个电子系统可能需要几个甚至十几个工作在不同频段的天线来接收或发送电子信号。例如，飞机或军舰将装载各种电子设备及其天线。在同一系统中，不同天线的近场耦合非常强，严重干扰了各个收发站的正常工作。因此，如何预测和避免这种干扰对通信设备的正常运行非常重要。另外，当天线的发射功率很高时，其周围的电子设备也会受到很强

3、的干扰而无法正常工作，因此天线的近场分析也是电磁兼容的一个重要问题。电磁兼容中的天线耦合问题天线的工作原理、远场和近场的概念以及判断源分布是否已知，在求解电场和磁场分布时，一般需要先根据源分布求解矢量位，然后求出电场和磁场的分布。如下图所示：天线工作原理电磁兼容中的耦合问题，如果是天线的最大尺寸，一般认为远场条件是：近场感应场条件：近场束缚场条件：天线工作原理电磁兼容中的耦合问题，分析表明，近场束缚场的主要成分是相似的，近场感应的能量不能辐射。我们统称为近场感应场和近场结合场。在远场中，复坡印亭矢量是实数，主要部分携带的电磁能量向外传播。因此，远场的主要部分称为辐射场。电磁兼容中的天线耦合问题

4、天线的工作原理、输入阻抗和辐射效率从天线输入端看到的阻抗称为天线的输入阻抗，可以表示为：天线结构和附件的热损耗和辐射损耗带来的电阻称为损耗电阻或输入电阻，存储在天线近场的无功功率带来的电抗称为输入电抗。从能量的角度来看，天线的平均损耗功率为：或：电磁兼容中的天线耦合问题天线的工作原理，这里是热损耗功率、辐射损耗功率、损耗电阻和辐射电阻。天线的输入阻抗与许多因素有关，如几何形状、馈电方式和周围物体的接近程度。天线的辐射效率是辐射功率与天线净输入功率的比值。公式(1.15)可以进一步得到电磁兼容中天线耦合问题的工作原理。天线的远场方向图在一个距离恒定的球体上，场强或功率密度随方向坐标的变化曲线称为

5、场强方向图或功率方向图。场强随方向坐标变化的归一化方向函数为，功率随方向坐标变化的函数为，它们之间的关系为：场强模式，单位为分贝；以分贝为单位的功率模式：、电磁兼容中的天线耦合问题天线的工作原理、方向系数以及天线在空间各个方向的辐射功率增益不可能是一致的。辐射强度随空间方向的变化由天线的方向增益来表示。方向增益是给定方向的辐射强度与参考天线的辐射强度之比。它的物理意义是“给定方向上的功率密度与距离等于常数的球体上的平均功率密度之比。”电磁兼容中的天线耦合问题天线的工作原理，方向性系数是最大辐射方向的方向性增益值。功率增益描述了远场中场功率密度增益随方向坐标的变化规律，具体定义如下：给定方向的辐

6、射强度与天线从相连发射机获得的净功率之比。如果没有指定方向，增益通常指最大辐射方向的功率增益。电磁兼容中的天线耦合问题天线的工作原理、功率增益和方向增益之间的关系如下：如果以分贝为单位，有：在以后的天线隔离度的计算和分析中，最常用的模式是天线的远场功率增益或方向增益。电磁兼容中的天线耦合问题天线隔离和空间隔离无线电系统之间电磁干扰的主要传播方式是天线之间的耦合，隔离通常用于定量表征这种耦合的强度。天线载体和天线与障碍物之间的距离不同，所以分析它们耦合的方法也不同，分析过程的难度也大不相同。对于自由空间中相距较远的天线，天线间耦合的相互作用主要是通过天线的远场，与天线的近场关系不大。然而，当天线

7、之间的距离相对较近时，需要考虑天线的具体形式、馈电结构、安装位置和安装壳体等各种因素的影响来分析它们之间的耦合。电磁兼容概念中的天线耦合问题及天线隔离和空间隔离的物理意义在一个系统中，为了保证每个天线的正常工作，天线的隔离必须满足一定的要求，否则天线之间的干扰会抑制有用信号，从而使系统无法正常工作。通常，发射天线的发射功率与另一天线接收的功率之比被定义为天线的隔离度。在特定的问题中，对于不同的情况，接收天线可能以不同的方式干扰发射天线。所谓不同的情况主要是指远场和近场。电磁兼容中的天线耦合问题天线隔离和空间隔离只能考虑天线和障碍物之间的距离来定义：这里，发射天线产生的电场沿接收天线的方向传播，

8、入射电场衍射后接收天线处的电场。电磁兼容中的天线耦合问题天线隔离和空间隔离是两个不同的概念。其中，空间隔离与天线的具体形式无关，只是描述了电磁波通过两个天线之间的空间传播时，由于电磁波的发散和空间介质的作用而引起的自然衰减。天线隔离不仅考虑了这种自然衰减，还包括接收的影响具体而言，天线隔离度是空间隔离度和收发器天线在特定方向上的功率增益的总和，并且天线隔离度最好地描述了天线之间的隔离度。电磁兼容中的天线耦合问题天线隔离和空间隔离在不同的问题中有不同的位置。因为有时天线的功率增益与空间隔离度相比并不大，空间隔离度近似等于天线隔离度，所以只有空间隔离度才能解释天线之间的隔离度。考虑到简化计算，此时

9、我们可以忽略天线隔离度。通常，当天线之间的电距离(实际距离与发射天线的工作波长之比)较大，或者发射和接收天线可被视为良好的全向天线，并且它们的功率增益约为0时，会出现这种现象。如果接收天线和发射天线之间的电距离不够大，或者接收天线和发射天线的功率增益值随着方向坐标的变化而变化很大，那么天线隔离与空间隔离就有很大的不同。在这种情况下，只要知道天线的具体形式，就应该考虑天线的功率增益，也就是说，应该计算天线隔离度。电磁兼容中的天线耦合问题天线隔离度和空间隔离度、近场和远场隔离度的分析和计算公式我们前面介绍的天线的远场条件只适用于一对天线。分析天线隔离时，它包括发送和接收两个天线。为了确保两个天线都

10、在彼此的远场中，我们必须满足远场条件：发射天线的最大尺寸(等效直径)在哪里，这就是电磁兼容中的天线耦合问题天线隔离和空间隔离在远场和近场，发射天线以不同的方式影响接收天线。因此，虽然天线隔离的定义在两种情况下是相同的，但是它们的具体计算公式是不同的。如果两个天线相距很远，并且都在另一个天线的远区，它们之间的相互影响取决于辐射场。发射设备与发射天线连接，接收设备与接收天线连接。电磁兼容中的天线耦合问题天线隔离和空间隔离使发射天线的发射功率等于发射天线的增益。接收天线与发射天线之间的距离为：接收天线的外形尺寸小于发射天线的外形尺寸，可视为点源，发射天线发射的电磁波为球面波。在接收天线处，球面波的半

11、径很大，可视为平面波，因此隔离度表示为：电磁兼容中的天线耦合问题，天线隔离和空间隔离，其中间距是波长，是2。是接收点在发射天线坐标系中的指向角，也是发射点在接收天线坐标系中的指向角。该算法用于早期的电磁兼容预测，但实际上远场条件场并不满足，而且计算的隔离度误差较大，因此有必要寻找一种更准确的方法。电磁兼容中的天线耦合问题天线隔离和空间隔离。如果接收天线不在发射天线的远区，或者发射天线不在接收天线的远区，则两个天线之间的相互干扰主要不是由辐射场实现的，而是由近场限制场或近场感应场实现的。在计算线天线阵列中天线之间的隔离度时，经常会出现这种情况。众所周知，天线功率增益的概念是在远场建立的，所以上一

12、页的计算公式不能用来分析近场天线的隔离度。即使功率增益的概念扩展到近场，它仍然描述辐射场的功率增益。此时，天线间干扰的主要因素不是辐射场。因此，由上述公式计算的天线隔离度将远小于近场中天线之间的实际隔离度。电磁兼容天线iso中的天线耦合天线隔离指的是发射天线发射的功率与接收天线接收的功率之比。当两个天线都在彼此的远场中时，所谓的发射功率是指天线的辐射功率，认为只有辐射场才能影响接收天线。当两个天线处于彼此的近场中时，因为接收天线不仅受到近场中不显著的辐射场的影响，而且还受到束缚场或感应场的影响，所以发射天线的发射功率应该是指天线的输出功率。电磁兼容中的天线耦合问题天线隔离和空间隔离，简而言之，

13、天线隔离公式如下：对于远场，它表示发射天线的辐射功率，对于近场，它表示发射天线的输出功率。用上述公式计算近场天线的隔离度非常不方便。通常，要分析的由两个天线组成的系统被认为是一个双端口网络。端口间电流和电压的关系用阻抗矩阵表示：天线耦合问题在电磁兼容、天线隔离和空间隔离中，变成互阻抗，当介质各向同性时，网络是互易的，即存在互易性；互阻抗与天线本身的性质有关。如果天线1作为发射天线，馈入电压，天线2作为接收天线，与负载阻抗相连，其电压为0，则：根据天线隔离的定义，可以得到电磁兼容、天线隔离和空间隔离中的天线耦合问题：发射天线1的输入阻抗的实部是。在实际工程问题中，计算和求解都不容易。如果使用一些

14、合适的电磁计算软件，这个问题可以巧妙地绕过。这方面将在后面介绍。电磁兼容中的天线耦合问题电磁信号的谐波干扰将周期信号的谐波分析设定为带周期的周期信号。众所周知，任何周期信号只要满足狄利克雷条件，都可以展开成傅里叶级数。将周期信号展开成傅立叶级数的物理意义非常明确，这表明周期信号可以分解成DC分量和一系列谐波分量的和。或者周期信号可以被认为是DC分量和一系列谐波分量的叠加。电磁兼容中的天线耦合问题电磁信号的谐波干扰通常称为基波，从时间获得的每个分量都变成二次谐波分量和三次谐波分量。当天线工作时，总有一个频带。在该频带中的每个频率点，作为终端负载的天线的电压驻波比小于给定值，并且该阈值通常为2或1

15、.5。这个频带称为天线的工作频带。工作频带中每个频率的电磁波都可以通过天线发射，所以发射天线发射的电磁波的频率可以是频带中的每个频率。电磁兼容中的天线耦合问题电磁信号的谐波干扰在工作频带内，包括发射天线中心频率在内的每个频率都被视为发射电磁波的基波，其二次谐波和三次谐波分别是基波频率的两倍和三倍，但谐波的能量远远小于基波的能量。从以上分析可以看出，即使两个天线的工作频带不同，只要一个天线的二次谐波或三次谐波能够落入另一个天线的工作频带，两个天线之间就会有干扰。电磁兼容中的天线耦合问题电磁信号的谐波干扰和天线间的谐波干扰现在我们分析两对车载天线间的谐波干扰。为了突出谐波干扰，这里暂时忽略天线隔离度的具体计算方法。车体上有两个工作的高频天线，分别发射和接收信号；两个工作的甚高频天线和一个超高频天线。从频带范围可以看出，高频发射天线的谐波以高频天线2(高频天线2固定在汽车的后壁上，不与车身连接，是馈电天线)和甚高频天线1为例，分别考虑高频天线2的二次和三次谐波对甚高频天线1的干扰，耦合度可以计