天线的基本相关知识培训

天线基本相关知识培训©2006CNTTR.AllRightsReserved.天线的基本概念天线的基本概念天线的基本原理天线的基本原理天线的各类指标天线的各类指标天线的机械参数天线的机械参数天线的基本应用天线的基本应用天线的基本相关知识天线的基本相关知识©2006CNTTR.AllRightsReserved.BlahblahblahblahF把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…...F收集无线电波并产生电信号天线的基本概念天线的基本概念©2006CNTTR.AllRightsReserved.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。天线的基本作用天线的基本作用©2006CNTTR.AllRightsReserved.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天线的辐射电磁波原理©2006CNTTR.AllRightsReserved.²同轴线变化为天线天线的辐射电磁波原理天线的辐射电磁波原理©2006CNTTR.AllRightsReserved.天线可视为一个四端网络天线的辐射电磁波原理天线的辐射电磁波原理©2006CNTTR.AllRightsReserved.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波长振子对称振子对称振子©2006CNTTR.AllRightsReserved.²半波振子上的场分布半波振子上的场分布半波振子上的场分布©2006CNTTR.AllRightsReserved.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天线的极化方式©2006CNTTR.AllRightsReserved.V/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。天线的极化方式天线的极化方式q双极化天线©2006CNTTR.AllRightsReserved.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。天线的极化方式天线的极化方式q圆极化波©2006CNTTR.AllRightsReserved.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。天线的极化损失天线的极化损失©2006CNTTR.AllRightsReserved.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天线的极化隔离天线的极化隔离©2006CNTTR.AllRightsReserved.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。天线的方向性天线的方向性©2006CNTTR.AllRightsReserved.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）电磁波功率大小的曲线来表示天线的方向性，并称为天线辐射的方向图。同时用半功率点之间的夹角表示了天线方向图中的水平波束宽度及垂直波束宽度。天线辐射的方向图天线辐射的方向图©2006CNTTR.AllRightsReserved.顶视侧视在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求把“面包圈”压成扁平的一个单一的对称振子具有“面包圈”形的方向图。天线辐射的方向图（全向）天线辐射的方向图（全向）©2006CNTTR.AllRightsReserved.60°(eg)峰值-3dB点-3dB点3dB波束宽度水平面方向图峰值-3dB点-3dB点15°(eg)垂直面方向图立体方向图天线辐射的方向图（定向）天线辐射的方向图（定向）©2006CNTTR.AllRightsReserved.下旁瓣抑制上旁瓣抑制天线辐射的方向图（垂直面波束图）天线辐射的方向图（垂直面波束图）©2006CNTTR.AllRightsReserved.天线辐射的方向图天线辐射的方向图©2006CNTTR.AllRightsReserved.天线辐射的方向图天线辐射的方向图垂直方向图©2006CNTTR.AllRightsReserved.无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围内工作的，通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小，据此可定义天线的频率带宽。有几种不同的定义：一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度；一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。在移动通信系统中是按后一种定义的，具体的说，就是当天线的输入驻波比≤1.5时，天线的工作带宽。天线的工作频率范围（带宽）天线的工作频率范围（带宽）©2006CNTTR.AllRightsReserved.在820MHz1/2波长为~180mm,在890MHz为~170mm175mm对~850MHz将是最佳的该天线的频带宽度=890-820=70MHz当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降，在天线工作频带内，天线性能下降不多，仍然是可以接受的。在850MHz1/2波长振子最佳在890MHz天线振子在820MHz天线的波长及频带与性能的关系天线的波长及频带与性能的关系©2006CNTTR.AllRightsReserved.天线的电性能参数天线的电性能参数电性能参数Electricalproperties©2006CNTTR.AllRightsReserved.F天线驻波比表示天馈线与基站（收发信机）匹配程度的指标。F驻波比的定义：Umax—馈线上波腹电压；Umin—馈线上波节电压。ZA天线B馈线AZiABZinTZcUmaxUUmin天线的驻波比天线的驻波比©2006CNTTR.AllRightsReserved.v是由于入射波能量传输到天线输入端B未被全部吸收（辐射）、产生反射波，迭加而形成的。vVSWR越大，反射越大，匹配越差。v那么，驻波比差，到底有哪些坏处？在工程上可以接受的驻波比是多少？一个适当的驻波比指标是要在损失能量的数量与制造成本之间进行折中权衡的。1、VSWR＞1，说明输进天线的功率有一部分被反射回来，从而降低了天线的辐射功率；2、增大了馈线的损耗。7/8＂电缆损耗4dB/100m，是在VSWR=1（全匹配）情况下测的；有了反射功率，就增大了能量损耗，从而降低了馈线向天线的输入功率；3、在馈线输入端A，失配严重时，发射机T的输出功率达不到设计额定值。驻波比的产生驻波比的产生©2006CNTTR.AllRightsReserved.经过计算，驻波比对天线反射功率、所增大的馈线损耗与完全匹配（VSWR=1）时相比，所减小的总辐射功率的关系如下：⑴VSRW=3.0时，天线反射25%的功率（1.25dB），馈线新增损耗0.9dB，与完全匹配（VSRW=1）相比，功率多损失40%(2.15dB)；⑵VSWR=1.5时，天线反射4%的功率（0.17dB），馈线新增损耗0.19dB，与完全匹配（VSWR=1）相比，功率多损失8%(0.36dB)；⑶VSWR=1.4时，天线反射2.8%的功率（0.12dB），馈线新增损耗0.09dB，与完全匹配（VSWR=1）相比，功率多损失4.7%(0.21dB)；⑷VSWR=1.3时，天线反射1.7%的功率（0.07dB），馈线新增损耗0.06dB，与完全匹配（VSWR=1）相比，功率多损失2.9%(0.13dB)。可见，VSWR=1.3与VSWR=1.5相比，功率损失仅减少了0.23dB，这在移动通信的衰落传播中，影响基本可以忽略。然而天线的制造成本却高得多。驻波比的产生驻波比的产生©2006CNTTR.AllRightsReserved.增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。天线的增益天线的增益G（q、f）=4pU（q、f）/PA单位：dBi©2006CNTTR.AllRightsReserved.一个单一对称振子具有面包圈形的方向图辐射一个各向同性的辐射器在所有方向具有相同的辐射一个天线与对称振子相比较的增益用“dBd”表示一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用“dBi”表示例如:3dBd=5.17dBi2.17dB对称振子的增益为2.17dBdBddBd和和dBidBi的区别的区别©2006CNTTR.AllRightsReserved.在这儿增益=10log(4mW/1mW)=6dBd一个对称台振子假设在接收机中有1mW功率在阵中有4个对称振子在接收机中就有4mW功率更加集中的信号对称振子组阵能够控制辐射能构成“扁平的面包圈”对称振子天线的增益天线的增益©2006CNTTR.AllRightsReserved.在我们的“扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。这里,“扇形覆盖天线”与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW)=9dBd“扇形覆盖天线”将在接收机中有8mW功率“全向阵”例如在接收机中为4mW功率(顶视)天线利用反射板可把辐射能控制聚集到一个方向上，反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线。q定向天线天线的增益天线的增益©2006CNTTR.AllRightsReserved.天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗有电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。输入阻抗与天线的结构和工作波长有关，基本半波振子，即由中间对称馈电的半波长导线，其输入阻抗为（73.1＋ｊ42.5）欧姆。当把振子长度缩短３％～５％时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻，即使半波振子的输入阻抗为73.1欧