天线原理讲座

天线讲座西安海天天线科技股份有限公司2007年6月内容提要一、天线的基本原理二、常用天线介绍一、天线的基本原理•把从传输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1、什么是天线?Blahblahblahblah2、天线的作用将传输线中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波，或反之将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能。因此，要了解天线的特性就必然需要了解自由空间中的电磁波及高频传输线的一些相关的知识。3、天线的工作频率范围(带宽)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。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850MHz1/2波长振子最佳在890MHz天线振子在820MHz在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。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。无线电波的极化垂直极化水平极化+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-45度倾斜的极化4、天线的极化两个天线为一个整体V/H(垂直/水平)倾斜(+/-45°)传输两个独立的波双极化天线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。天线辐射的方向性顶视侧视5、方向图在地平面上，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”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/4mW)=3dB“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)天线形成定向辐射的原理反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线6、前后比方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为１，所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。前向功率后向功率以dB表示的前后比=10log典型值为25dB左右目的是有一个尽可能小的反向功率(前向功率)(反向功率)7、波束宽度方位即水平面方向图120°(eg)峰值-10dB点-10dB点10dB波束宽度60°(eg)峰值-3dB点-3dB点3dB波束宽度15°(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB32°(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB俯仰面即垂直面方向图在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。方向图旁瓣显示上旁瓣抑制下旁瓣抑制(1)水平方向图的波束宽度与覆盖区域面积有关8、方向图在移动组网中的应用（2）垂直方向图的波束宽度决定区域内功率的分布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。七.天线的增益9、增益的定义例：在单射线模条件下，路损变化对覆盖距离的关系，可算出：增益（dB）覆盖距离（d1/d2）11.1221.2631.4141.5851.7862全向天线增益与垂直波瓣宽度10、天线增益与方向图的关系一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增益越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可用下式近似表示反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，故HEidBG5050222700010..log)(11、驻波比传输线的特性阻抗无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，用符号Ｚ。表示。同轴电缆的特性阻抗Ｚ。＝〔138/√εr〕×log(D/d)欧姆。通常Ｚ。=50欧姆/或75欧姆式中，D为同轴电缆外导体内径；d为其芯线外径；εr为导体间绝缘介质的相对介电常数。由上式不难看出，馈线特性阻抗与导体直径、导体间距和导体间介质的介电常数有关，与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗大小无关。当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。馈线上传输的是行波，馈线上各处的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。9.5W80ohms50ohms朝前:10W返回:0.5W这里的反射损耗为10log(10/0.5)=13dBVSWR是反射损耗的另一种计量反射系数、驻波系数与回波损耗在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。两者叠加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为最小，形成波节。其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。这种合成波称为驻波。反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。反射波幅度（ＺL－Ｚ。）反射系数Γ＝─────＝───────入射波幅度（ＺL＋Ｚ。）驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比(VSWR)驻波波腹电压幅度最大值Ｖmax（1+Γ）驻波系数Ｓ＝──────────────＝────驻波波节电压辐度最小值Ｖmin（1-Γ）终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数越接近于１，匹配也就越好。电压驻波比（VSWR）对网络的影响：VSWR反射功率比辐射功率减少减少百分比3.025%2.15dB40%2.011%0.86dB18%1.88%0.67dB14%1.54%0.36dB8.0%1.42.8%0.21dB4.7%1.31.7%0.13dB2.9%1.20.8%0.07dB1.1%多径传播与反射用分集接收改善信号电平由于地理环境差异很大，因此，需要各种类型的天线，如何选择天线，是系统工程师的一项重要工作。定向天线的特点：基站天线的分类1）常规天线HTQ-09-11（0、3、5、7）HTQ08-11（0、3、5、7）HTDB（S）08、09、65O15/17/18dB（0、3、6、9）HTDB（S）08、09、90O14/15/17dB（0、3、6、9）二、几种常用天线的介绍2）特型天线赋形天线HTDBFS096515HTDBFS0910514预制下倾天线HTDBS096515、18（3、6、9）HTDBS086515、18（3、6、9）公路双向天线HTSX08、09、70、14公路兼镇天线HTD08、09、210、13窄波束高增益天线HTDBS093021HTDB083021连续电可调倾角天线THDBS096515（0°—13°）波束赋形天线波束赋形天线即有全向型，也有定向型。是通过改变天线阵中各个阵元的馈电相位、距离、以及馈电幅度，达到改变波束形状的目的。其优点是可以将电磁波辐射到需要的方向，尽量减少不需要方向的能量。这样，即保证了通信覆盖的范围，又降低了对其它方向上的干扰，使系统的性能得到有效改善。结束语哪里有无线，哪里就有天线；哪里有天线，哪里就有海天！海天人愿意与您携手共建移动通信网络的辉煌明天！谢谢！