射频工程培训

1射频工程培训讲义2掌握无线电波的基本知识掌握天线的相关基本知识掌握无源器件的基本知识培训目标通过本课程的学习,希望大家能够掌握:3讲义提纲第一部分无线电波的基本知识第二部分天线的相关基本知识第三部分无源器件的基本知识4无线电波的基本概念无线电波的传播方向无线电波的极化方式无线电波的传播速度自由空间的传播知识无线电波的衰落特性第一部分无线电波的基本知识•广义上的电磁波电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等。人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。5678无线电波的基本概念无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。9无线电波的传播方向10无线电波的极化方式无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波。11无线通信使用的电磁波的频率范围和波段频段名称频率范围波段名称波长范围极低频（ELF）3~30Hz极长波100~10Mm（108~107m）超低频（SLF）30~300Hz超长波10~1Mm（107~106m）特低频（ULF）300~3000Hz特长波1000~100km（106~105m）甚低频（VLF）3~30kHz甚长波100~10km（105~104m）低频（LF）30~300kHz长波10~1km（104~103m）中频（MF）300~3000kHz中波1000~100m（103~102m）高频（HF）3~30MHz短波100~10m（102~10m）甚高频（VHF）30~300MHz超短波（米波）10~1m12频段名称频率范围波段名称波长范围特高频（UHF）300~3000MHz分米波1~0.1m（1~10-1m）超高频（SHF）3~30GHz厘米波10~1cm（10-1~10-2m）极高频（EHF）30~300GHz毫米波10~1mm（10-2~10-3m）至高频（THF）300~3000GHz微波亚毫米波1~0.1mm（10-3~10-4m）光波3×10-3~3×10-5mm（3×10-6~3×10-8m）由于种种原因，在一些欧、美、日等西方国家常常把部分微波波段分为L、S、C、X、Ku、K、Ka等波段（或称子波段)13无线电波的传播方式直射直射是无线电波在自由空间传播的方式。反射当电磁波遇到比波长大得多的物体时，就会发生反射。反射常发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。绕射（衍射）波在传播时，若被一个大小接近于或小于波长的物体阻挡，就绕过这个物体，继续进行。散射散射就是由于介质中存在的微小粒子（异质体）或者分子对电磁波的作用，使电磁波偏离原来的传播方向而向四周传播的现象。14无线电波的传播方式4132图示：①直射波②反射波③④绕射（衍射）波15无线电波的衰落特性衰落一般分为快衰落与慢衰落两种慢衰落慢衰落是由接收点周围地形地物对信号反射，使得信号电平在几十米范围内有大幅度的变化，若MS在没有任何障碍物的环境下移动，则某点信号电平与该点和发射机的距离有关。快衰落快衰落是叠加在慢衰落的信号上的，这个衰落的速度很快，每秒钟可达到几十次，除与地形地物有关，还与MS的速度和信号的波长有关，并且幅度可达几十个dB，信号的变化呈瑞利分布，也叫瑞利衰落。信号强度慢衰落快衰落移动台路径16无线电波的衰落特性对于移动通信的电波传播,其衰落特性由下列已知公式及图示表征---自由空间的传播衰耗：Lbs＝32.45+20lgD(km)+20lgf(MHz)(5)---准平滑地形市区路径传播衰耗中值：Ltt＝Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)(6)Am(f,d)，Hb(hb,d)，Hm(hm,f)为相应的修正因子，其中An(f,d)为基本衰耗中值，Hb(hb,d)为基站天线高度增益因子，Hm(hm,f)为移动天线高度增益因子。中值的定义：在给定的时间内，有50%的场强（或传输损耗）超过某个值，则这个数值就称为场强中值（或损耗中值）。17该关系可用式λ＝Ｖ/ｆ表示，其中：Ｖ为速度，单位为m/s；ｆ为频率，单位为Hz；λ为波长，单位为m。由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。波长无线电波的波长、速度与频率的关系18无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同。目前GSM和CDMA移动通信使用的频段都属于UHF（特高频）超短波段，其高端属于微波。超短波和微波的视距传播超短波和微波的频率很高，波长较短，它的地面波衰减很快。因此也不能依靠地面波作较远距离的传播，它主要是由空间波来传播的。空间波一般只能沿直线方向传播到直接可见的地方。在直视距离内超短波的传播区域习惯上称为“照明区”。在直视距离内超短波接收装置才能稳定地接收信号。超短波的传播19无线电波传播的几个基本概念多径效应移动通信中无线电波在传播过程中会遇到各种各样的建筑物、树木、植被以及起伏的地形，会引起电波的反射、散射和绕射等。20无线电波传播的几个基本概念阴影效应有大型建筑物和其他物体的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区的现象。电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕过障碍物，再向前传播。这种现象叫做电波的绕射。超短波的绕射能力较弱，在高大建筑物后面会形成所谓的“阴影区”。信号质量受到影响的程度不仅和接收天线距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还和频率有关。例如一个建筑物的高度为１０米，在距建筑物２００米处接收的信号质量几乎不受影响，但在距建筑物１００米处，接收信号场强将比无高搂时明显减弱。这时，如果接收的是２１６～２２３兆赫的电视信号，接收信号场强比无高搂时减弱１６分贝，当接收６７０兆赫的电视信号时，接收信号场强将比无高搂时减弱２０分贝。如果建筑物的高度增加到５０米时，则在距建筑物１０００米以内，接收信号的场强都将受到影响，因而有不同程度的减弱。也就是说，频率越高，建筑物越高、越近，影响越大。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响越小。因此，架设天线选择基站场地时，必须按上述原则来考虑对绕射传播可能产生的各种不利因素，并努力加以避免。21无线电波传播的几个基本概念远近效应由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站见的距离也是随即的变化。若各移动用户发射功率一样，那么到达基站的信号强弱会有不同，离基站近信号强，离基站远信号弱。通信系统的非线性则进一步加重了这种情况，出现强者更强、弱者更弱和以强压弱的现象，通常称这类现象为远近效应。PowerfPowerf22无线电波传播的几个基本概念多普勒效应由于接收的移动用户高速运动而引起传播速率的扩散而引起的，其扩散程度与用户运动的速度成正比。23电磁波的绕射传播电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕过障碍物，再向前传播。这种现象叫做电波的绕射。超短波的绕射能力较弱，在高大建筑物后面会形成所谓的“阴影区”。信号质量受到影响的程度不仅和接收天线距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还和频率有关。例如一个建筑物的高度为１０米，在距建筑物２００米处接收的信号质量几乎不受影响，但在距建筑物１００米处，接收信号场强将比无高搂时明显减弱。这时，如果接收的是２１６～２２３兆赫的电视信号，接收信号场强比无高搂时减弱１６分贝，当接收６７０兆赫的电视信号时，接收信号场强将比无高搂时减弱２０分贝。如果建筑物的高度增加到５０米时，则在距建筑物１０００米以内，接收信号的场强都将受到影响，因而有不同程度的减弱。也就是说，频率越高，建筑物越高、越近，影响越大。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响越小。因此，架设天线选择基站场地时，必须按上述原则来考虑对绕射传播可能产生的各种不利因素，并努力加以避免。24用分集接收改善信号电平25天线的基本概念天线的基本原理天线的各类指标天线的机械参数天线的基本应用第二部分天线的基本相关知识26Blahblahblahblah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天线的基本概念27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。了解天线的相关性能，必须掌握自由空间中的电磁波相关知识及高频传输的相关知识。天线的基本作用28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ｌ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29同轴线变化为天线天线的辐射电磁波原理30天线可视为一个四端网络天线的辐射电磁波原理31两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。将振子折合起来的，称为折合振子。波长1/2波长一个1/2波长的对称振子在800MHz约200mm长400MHz约400mm长1/4波长1/4波长1/2波长振子对称振子32半波振子上的场分布半波振子上的场分布33垂直极化水平极化+45度倾斜的极化-45度倾斜的极化天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向天线的极化方式34V/H(垂直/水平)倾斜(+/-45°)传输两个独立的波，两个天线为一个整体。天线的极化方式双极化天线35如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收；水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收；右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收；而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生３分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量。天线的极化方式圆极化波36当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生３分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量；当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来波的极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。天线的极化损失37隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极化中出现的比例。1000mW(即1W)1mW在这种情况下的隔离为10log(1000mW/1mW)=30dB天线的极化隔离38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.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。天线的方向性39天线辐射电磁波是有方向性的，它表示天线向一定方面辐射电磁波的能力。反之，作为接收天线的方向性表示了它接收不同方向来的电磁波的能力。我们通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向辐射（或接收）