天线原理基础.ppt

1、天线和无线电波传播、天线和无线电波传播、天线1.1天线的作用和地位无线信号发送器输出的无线射频信号功率通过供电线(线缆)传送到天线，从天线作为电磁波辐射。 当电磁波到达接收点时，它接着通过给料机(仅接收微弱的功率)从天线发送到无线电接收机。 可知天线是收发电磁波的重要无线电设备，没有天线就没有无线电通讯。 天线多种多样，在不同的频率、不同的用途、不同的情况、不同的要求等不同的情况下使用。 对于许多品种的天线，需要进行适当的分类：按用途分类可分为通讯天线、电视接收天线、雷达天线等，按工作频带可分为分类和短波天线、超短波天线、微波天线等，按方向性别可分为分类、全向天线、定向天线等，按外形可分为线状

2、天线天线的基本知识，天线，*电磁波的辐射导线中流过交变电流，就会产生电磁波的辐射。 辐射的能力与导线的长度和形状有关。 当两条导线之间的距离如图1.1 a所示那样减小时，电场被限制在两条导线之间。因此，当打开较弱辐射的两条导线时，电场在周围空间中扩展，如图1.1 b所示那样增强辐射。 另外，在导线的长度l远小于波长时，辐射微弱，导线的长度l与波长相比越大到可以模拟，则导线上的电流大幅增加，可以形成强辐射。天线的基本知识、图1.1 a、图1.1 b、电磁波辐射、1.2对称振子对称振子是古典的、迄今为止使用最广泛的天线，单一的半波对称振子可以单独或作为抛物面天线的种子文件使用，也可以使用多个半波对

3、称振子来构成阵列。 两臂长度相等的振子叫对称振子。 各臂长为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子被称为半波对称振子，参照图1.2 a。 另外，也有将全波对称振子折弯成一个狭窄的长矩形框，使全波对称振子的两端点重合的异形半波对称振子，将该狭窄的长矩形框称为折弯振子，注意折弯振子的长度也是二分之一波长，称为半波折叠振子，参照图1.2 b。 天线的基本知识，图1.2 a、1.2 b、对称振子和1.3天线方向性的讨论1.3.1天线方向性发射天线的基本功能之一是将从馈电线获得的能量辐射到周围空间，而基本功能之一是将大部分能量辐射到需要的方向。 垂直放置的半波对称振子具有平坦的“摇镜头环”形的立体方向图

4、(图1.3.1 a )。 立体定向图立体感强，但难以描绘。 图1.3.1 b和1.3.1 c表示这两个主平面方向性图，平面方向性图表示在具有天线的指定平面中的方向性。 从图1.3.1 b可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向是水平面上，从图1.3.1 c可以看出，水平面上的所有方向的辐射都相同大。天线基本知识、图1.3.1 c水平面方向图、图1.3.1 b垂直面方向图、图1.3.1 a立体方向图、天线方向性研究、天线基本知识、1.3.2天线方向性增强了一些对称振子阵列，下图显示了4个半波对称振子沿垂线上下一个垂直四维阵列垂直面方向图、立体方向图、天线方向性增强，也可以在阵列的一边设

5、置利用反射板能够在单侧方向控制辐射能量的平面反射板来构成扇形划分天线。 以下水平面方向图显示了反射面的作用反射面单向反射功率，提高了增益。、天线的基本知识、全向阵列(即，垂直阵列没有平面反射器)、抛物线反射面的使用可将天线辐射集中到小立体角(例如，光学中的探照灯)，从而获得高增益。 抛物面天线的配置毋庸赘言包括抛物面反射镜和位于抛物面焦点处的辐射源两个基本要素。 扇形间谍盖(带有垂直阵列平面反射板)、平面反射板、反射板可对辐射能量进行单向控制的天线的基本知识，1.3.3增益定量描述了一个天线集中辐射输入功率的程度。 增益明显与天线方向性图案有密切的关系，方向性图案的主瓣越窄，副瓣越小，增益变高

6、。 增益的物理意义是，为了在一定距离上的某点产生一定大小的信号，如果将理想的无方向性点源设为发送天线，则需要100W的输入功率，如果将增益为G=13 dB=20的定向性天线设为发送天线，则输入功率为100/20即可，半波对称振子的增益为四个半波对称振荡器沿垂直线上下排列，构成一个垂直四维阵列，其增益约为g=8. 15 DBI (DBI单位表示比较对象是向各方向均匀辐射的理想点源) 。 把半波对称振子作为比较对象，男同志的单位是dBd .半波对称振子的男同志是G=0 dBd (因为是自己和自己的比，所以比是1，取对数取零值。 )； 垂直四元阵列，其增益约为G=8.15 2.15=6 dBd .增

7、益，1.3.4波纹阀宽度方向图通常有两个以上的阀，其中辐射强度最大的阀称为主阀，其佝偻阀称为副阀或旁瓣。 参考图1.3.4 a，在主瓣的最大辐射方向的两侧，在辐射强度降低了3 dB (功率密度降低了一半)的点之间的夹角被定义为瓣宽度(也称为波束宽度或主瓣宽度或半功率角)。 波阀宽度越窄方向性越好，作用距离越远抗扰度越强。 另一个说唱乐宽度(即10dB说唱乐宽度)是如上所述，在方向性图上的辐射强度降低10dB (功率密度降低到1/10 )的两点之间的夹角。 参见图1.3.4 b .天线的基本知识，3dB说唱乐宽度，- 3dB点，、图1.3.4 a，图1.3.4 b，峰值方向(最大辐射方向)，泡宽

8、度，天线的基本知识，1.3.5前后比方向图中前后比如果对具有- F/B=10 Lg (前向功率密度)/(后向功率密度)天线的前后比F/B有要求，那么它的代表值为(18 30)dB，对于特殊情况下一般天线，G(dBi )=10 Lg 32000/(23dB， 在式(E 23dB，h )中，23dB、e和23dB、h分别是天线两主平面上的长宽，32000是统一的经验数据。 2 )对于抛物面天线，在G(dB i )=10 Lg 4.5 (D/0 )2式中，d是抛物面直径。 以0为中心的工作波长4.5是统一的经验数据。3 )对于直立全向天线，有近似校正式G(dBi )=10 Lg 2 L/0式，l是天

9、线长度。 以0为中心的工作波长，对天线的基本知识，对天线增益的一些近似校正公式，1.3.7上旁瓣抑制对基站收发台天线，人们常常要求在其垂直(即，俯仰平面)方向图中主瓣上的第一旁瓣尽可能的弱。 这就是所谓的上旁瓣抑制。 基站收发台的服务对象是地面上的大哥大用户，对天空的辐射是没有意义的。 天线的基本知识，上旁瓣抑制，1.3.8天线的下倾需要在安装时使天线适度地下倾，以使主波阀朝向地面。 天线的基本知识、天线的下倾、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。 电场的方向被规定为天线极化方向。 通常使用的天线是单极化的。 下图显示了垂直极化-最常用的两种基本单极化

10、情况，也使用了水平极化-。 天线的基本知识、水平极化、天线的极化、垂直极化、1.4.1极化天线的下图示出了另外2种单极化的情况： 45极化和-45极化，它们仅在特殊的情况下使用。 像这样，有4种单极化。 请参照下图。 通过组合垂直极化波和水平极化波这两种极化波的天线，或者组合45极化波和-45极化波这两种极化波的天线，构成了新天线2极化波天线。天线的基本知识、水平极化、45极化、-45极化、2极化天线、下图指示两个单极化天线的组合构成一个双极化天线，注意，在双极化天线中有两个连接器。 两个极化天线发射(或接收)在空间上彼此正交(垂直)的两个极化波。 天线的基本知识是： V/H (垂直/水平)型

11、双极化、45/-45型双极化、双极化天线、1.4.2极化损耗垂直极化用具有垂直极化特性的天线接收，水平极化用具有水平极化特性的天线接收。 右旋圆偏振波由具有右旋圆偏振波特性的天线接收，左旋圆偏振波由具有左旋圆偏振波特性的天线接收。 如果到来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致，则所接收的信号变小，即，产生极化损耗。 例如，当通过45个极化天线接收垂直极化波或水平极化波时，或者当通过垂直极化天线接收45个极化波或-45个极化波时，产生极化损耗。 在用圆极化波天线接收任意的线极化波、或用线极化波天线接收任意的圆极化波的情况下，也必然只能接收极化波损失- -到来波的一半的能量。 在接收天线的极化方

12、向与到来波的极化方向完全正交的情况下，例如，如果通过水平极化波的接收天线接收垂直极化波的到来波或者通过右旋圆极化波的接收天线接收左旋圆极化波的到来波，则天线完全不能接收到到来波的能量，在该情况下，极化波损失变为最大，极化波完全没有没有天线的基本知识、极化损耗、1.4.3极化分离的理想极化完全分离。 提供给某一极化的天线的信号必须在另一极化的天线中一点点出现。 例如，在下图所示的双极化天线中，设输入垂直极化天线的功率为10W，结果在水平极化天线的输出端测定的输出功率为10mW。 天线的基本知识、垂直极化、10 W、水平极化、10 mW，在这种情况下的极化分离为x=10lg (1000mw/10m

13、w )=10lg (1000 )=30db的输入阻抗可以是电阻分量Rin和电抗分量Xin，即Zin。 电抗分量的存在为了减少从天线的馈电线的信号功率的提取，需要尽量使电抗分量为零，也就是说，需要尽量使天线的输入阻抗为纯电阻。实际上，即使是设定修正、调整良好的天线，在其输入阻抗中也包含非常小的电抗成分值。 输入阻抗关系到天线的结构、尺寸和工作波长，半波对称振子是最重要的基本天线，其输入阻抗为Zin=73.142.5 (欧)。 当长度()变短时，可以消除其中的电抗分量并允许天线的输入阻抗为纯电阻，这时的输入阻抗为Zin=73.1 (欧姆)，(标称75欧姆)。 注意，严格地说，纯抗逆性的天线输入阻抗

14、仅具有点频率。 顺便说一下，半波折叠振子的输入阻抗是半波对称振子的4倍，即Zin=280 (欧)、(公称300欧)。 饶有兴致，对于任何天线，当人们总是经由天线阻抗调节在要求的工作频率范围内使输入阻抗的虚部减小、使实部接近50欧姆，且使天线的输入阻抗具有Zin=Rin=50欧姆时就会与馈电线具有良好的阻抗、天线的基本知识、天线的输入阻抗Zin、1.6天线的工作频率范围(频带宽度)，无论是发送天线还是接收天线，总是在一定的频率范围(频带宽度)下工作，对天线的频带有两种不同的定义之一是天线在移动电信系统中，通常定义为前者，具体来说，当天线的驻波比SWR不超过1.5时，天线的带宽为天线的工作频率范围

15、。 通常，在工作频带内的各频点处，天线性能存在差异，但也可以容许由该差异引起的性能降低。天线的基本知识、天线的工作频率范围(带宽、1.7移动通讯中经常使用的基站收发台天线、直播天线和室内天线的1.7.1板状天线、天线的基本知识、无论是全球移动通信系统还是CDMA，板状天线都是最普遍使用的极其重要的基站收发台天线该天线的优点是增益高，扇形区域方向图好，后阀小，垂直面方向图俯角控制方便，密封性能可靠，寿命长。 板状天线也常用作直接广播的用户天线，并且应当根据所作用扇形区域范围的大小选择相应的天线类型。 移动通讯中常用的基站收发台天线、直播天线和室内天线、1.7.1 a基站收发台板状天线的基本技术指标示例、天线的基本知识、频率范围、带宽、增益、偏振、标称阻抗、电压驻波比、半功率波束宽度、前后比、下倾角() 1.4、