室分培訓(xùn)-基礎(chǔ)3(天線)

1、湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司2016年天線基礎(chǔ)知識一一天線基礎(chǔ)知識-天線概述 天線概述 天線參數(shù)天線介紹天線天線的作用與地位的作用與地位無線電發(fā)射機輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點后，由天線接收下來，并通過饋線送到無線電接收機?？梢姡炀€是發(fā)射和接收電磁波的一個重要的無線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無線電通信。天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求等不同情況下使用。 對于眾多品種的天線，進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸愂潜匾模?按用途分類：可分為通信天線、電視天線、雷達(dá)天線等； 按工作頻段分類：可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；

2、 按方向性分類：可分為全向天線、定向天線等； 按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等； 按極化方式分類：垂直極化、水平極化、交叉極化等天線基礎(chǔ)知識-天線概述 天線概述 天線參數(shù)天線介紹1.1 1.1 電磁波電磁波的輻射的輻射 導(dǎo)線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長度和形狀有關(guān)。導(dǎo)線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長度和形狀有關(guān)。如如 圖1.1 a 所示，若兩導(dǎo)線的距離很近，電場被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線所示，若兩導(dǎo)線的距離很近，電場被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開，如張開，如 圖1.1 b 所示，電場

3、就散播在周圍空間，因而輻射增強。所示，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強。 必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長度必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長度 L L 遠(yuǎn)小于波長遠(yuǎn)小于波長 時，輻射很微弱；導(dǎo)線的長度時，輻射很微弱；導(dǎo)線的長度 L L 增大到可與波增大到可與波長相比擬時，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射。長相比擬時，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射。圖1.1 a圖1.1 b天線基礎(chǔ)知識-天線參數(shù)天線概述 天線參數(shù)天線介紹1.2 1.2 對稱振子對稱振子 對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個半波對稱振子可簡單地單獨立地對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個半波

4、對稱振子可簡單地單獨立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個半波對稱振子組成天線陣。使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個半波對稱振子組成天線陣。 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子稱半波對稱振子, , 見見 圖1.2 a 。 另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個窄長的矩形框，并另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個端點相疊，這個窄長的矩形框稱為折合振子

5、，注意，折合振子的長度也是把全波對稱振子的兩個端點相疊，這個窄長的矩形框稱為折合振子，注意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半波折合振子為二分之一波長，故稱為半波折合振子, , 見見 圖1.2 b 。1/4波長波長對稱振子對稱振子1/4波長波長1/2波長波長圖1.2 a圖1.2 b天線基礎(chǔ)知識-天線參數(shù)天線概述 天線參數(shù)天線介紹1.3 1.3 天線方向性天線方向性1.3.1 天線方向性（全向天線）天線方向性（全向天線） 發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的

6、方向輻射。垂直放置的半波對稱振子具有平放的二是把大部分能量朝所需的方向輻射。垂直放置的半波對稱振子具有平放的 “面包圈面包圈” 形的形的立體方向圖立體方向圖（圖（圖1.3.1 1.3.1 a a）。）。立體方向圖雖然立體感強，但繪制困難立體方向圖雖然立體感強，但繪制困難，圖圖1.3.1 b 1.3.1 b 與圖與圖1.3.1 c 1.3.1 c 給出了它的兩個給出了它的兩個主平面方向圖主平面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。從圖向性。從圖1.3.1 b 1.3.1 b 可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面可以看出，在振

7、子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面上；而從圖上；而從圖1.3.1 c 1.3.1 c 可以看出，在水平面上各個方向上的輻射一樣大?？梢钥闯觯谒矫嫔细鱾€方向上的輻射一樣大。圖圖1.3.1 c 水平面方向圖水平面方向圖圖圖1.3.1 b 垂直面方向圖垂直面方向圖圖圖1.3.1 a 立體方向圖立體方向圖天線基礎(chǔ)知識-天線參數(shù)天線概述 天線參數(shù)天線介紹1.3 1.3 天線方向性天線方向性1.3.2 天線方向性增強（全向天線） 若干個對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生若干個對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈扁平的面包圈” ，把信號進(jìn)一步集把信號進(jìn)一步集中到在水平面方向上。中到在水

8、平面方向上。 下圖是下圖是4 4個半波對稱振子沿垂線上下排列成一個垂直四元陣時的個半波對稱振子沿垂線上下排列成一個垂直四元陣時的立體方向圖和垂直立體方向圖和垂直面面方向圖。方向圖。垂直面方向圖垂直面方向圖立體方向圖立體方向圖天線基礎(chǔ)知識-天線參數(shù)天線概述 天線參數(shù)天線介紹1.3 1.3 天線方向性天線方向性1.3.3 增益增益天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力，它是選擇基站天線最重天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力，它是選擇基站天線最重要的參數(shù)之一要的參數(shù)之一。一般來說一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直方向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持，增益的提高主要依靠減

9、小垂直方向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對移動通信系統(tǒng)的運行質(zhì)量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣全向的輻射性能。天線增益對移動通信系統(tǒng)的運行質(zhì)量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，或者在確定范圍內(nèi)的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，或者在確定范圍內(nèi)增大增益余量。表征天線增益的參數(shù)有增大增益余量。表征天線增益的參數(shù)有dBddBd和和dBidBi。DBiDBi是相對于點源天線的增益，在各是相對于點源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；方向的輻射是均勻的；dBddBd相對于對稱陣子天線的增益相對于對稱陣

10、子天線的增益dBi=dBd+2.15dBi=dBd+2.15。相同的條件下，。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)。一般地，增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)。一般地，GSMGSM定向基站的天線增益為定向基站的天線增益為15.5dBi/18.5dBi15.5dBi/18.5dBi，全向的為全向的為11dBi11dBi。天線基礎(chǔ)知識-天線參數(shù)天線概述 天線參數(shù)天線介紹1.3 1.3 天線方向性天線方向性1.3.4 波瓣寬度（半功率角）波瓣寬度（半功率角） 方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副

11、瓣或旁瓣。在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強度降低副瓣或旁瓣。在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強度降低 3 dB3 dB（功率密度降低一半）的（功率密度降低一半）的兩點間的夾角定義為兩點間的夾角定義為波瓣寬度（波瓣寬度（又稱又稱 波束寬度波束寬度 或或 主瓣寬度主瓣寬度 或或 半功率角半功率角）。波瓣寬）。波瓣寬度度越窄，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強。越窄，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強。 - 3dB點點 - 3dB點點峰值方向峰值方向（最大輻射方向）（最大輻射方向）天線基礎(chǔ)知識-天線參數(shù)天線概述 天線參數(shù)天線介紹1.3 1.3 天線方向性天線方向性1.3.5 前后比前后比 方向

12、圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為 F / BF / B 。前后比越大，天線的后。前后比越大，天線的后向輻射（或接收）越小。前后比向輻射（或接收）越小。前后比F / B F / B 的計算十分簡單的計算十分簡單- F / BF / B = 10 = 10 Lg Lg （前向功率密度）前向功率密度） / /（ 后向功率密度后向功率密度 ） 對天線的前后比對天線的前后比F / B F / B 有要求時，其有要求時，其典型值為典型值為 （18 3018 30）dBdB，特殊情況下則要求特殊情況下則要求達(dá)（達(dá)（35 4035 40）dB . dB . 簡單

13、理解：可以簡單的把天線發(fā)射的能量定義為一個氣球，如果前后比小了，意味著后簡單理解：可以簡單的把天線發(fā)射的能量定義為一個氣球，如果前后比小了，意味著后面發(fā)射功率大了，覆蓋方向上的能量小了，造成覆蓋變差，同時可能引起干擾。面發(fā)射功率大了，覆蓋方向上的能量小了，造成覆蓋變差，同時可能引起干擾。 天線基礎(chǔ)知識-天線參數(shù)天線概述 天線參數(shù)天線介紹1.3 1.3 天線方向性天線方向性1.3.6 上旁瓣抑制以及下傾角上旁瓣抑制以及下傾角 對于基站天線，人們常常要求它的垂直面（即對于基站天線，人們常常要求它的垂直面（即俯仰面俯仰面）方向圖中，主瓣上方第一）方向圖中，主瓣上方第一旁瓣盡可能弱一些。這就是所謂的旁

14、瓣盡可能弱一些。這就是所謂的上旁瓣抑制上旁瓣抑制 ?；镜姆?wù)對象是地面上的移動電話基站的服務(wù)對象是地面上的移動電話用戶，指向天空的輻射是毫無意義的，同時上旁瓣信號如果很強，容易造成對遠(yuǎn)處基站用戶，指向天空的輻射是毫無意義的，同時上旁瓣信號如果很強，容易造成對遠(yuǎn)處基站的干擾。的干擾。 為了使信號根好的到達(dá)覆蓋區(qū)域，需要對天線在機械安裝時價一定的角度，是天線為了使信號根好的到達(dá)覆蓋區(qū)域，需要對天線在機械安裝時價一定的角度，是天線的主波瓣方向?qū)@覆蓋區(qū)域，即加強了覆蓋，同時又減少了信號越區(qū)覆蓋，形成干擾。的主波瓣方向?qū)@覆蓋區(qū)域，即加強了覆蓋，同時又減少了信號越區(qū)覆蓋，形成干擾。天線基礎(chǔ)知識-天線

15、參數(shù)天線概述 天線參數(shù)天線介紹1.4 1.4 天線的極化天線的極化 天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。人們規(guī)定：電場的方向就天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化（電場垂直于地面）是天線極化方向。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化（電場垂直于地面）-是最常用的；水平極化是最常用的；水平極化-也是要被用到的。也是要被用到的。垂直極垂直極化化水平極化水平極化EE垂直極化垂直極化天線基礎(chǔ)知識-天線參數(shù)天線概述 天線參數(shù)天線介紹為什么為什么垂直極化天線垂直極化天線更更常用常用 前面提到：

16、天線的極化方向與電場方向相同，當(dāng)電場前面提到：天線的極化方向與電場方向相同，當(dāng)電場強度方向垂直于地面時，此就稱為垂直極化波，否則就稱強度方向垂直于地面時，此就稱為垂直極化波，否則就稱為水平極化波。水平極化波傳播時貼近地面，會在大地表為水平極化波。水平極化波傳播時貼近地面，會在大地表面形成極化電流，極化電流受大地阻抗的影響，產(chǎn)生熱能，面形成極化電流，極化電流受大地阻抗的影響，產(chǎn)生熱能，使電信號迅速衰落，覆蓋距離變短。垂直極化波覆蓋距離使電信號迅速衰落，覆蓋距離變短。垂直極化波覆蓋距離更遠(yuǎn)。更遠(yuǎn)。天線基礎(chǔ)知識-天線參數(shù)天線概述 天線參數(shù)天線介紹1.4 1.4 天線的極化天線的極化1.4.1 1.4

17、.1 雙極化天線雙極化天線 把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，或者，把把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，或者，把 +45+45 極化和極化和 - -4545 極化兩種極化的天線組合在一起，就構(gòu)成了一種新的天線極化兩種極化的天線組合在一起，就構(gòu)成了一種新的天線-雙極化天線。雙極化天線。垂直極化垂直極化水平極化水平極化+45 極化極化-45 極化極化EEEE天線基礎(chǔ)知識-天線參數(shù)天線概述 天線參數(shù)天線介紹 下下圖示出了兩個單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化天線有圖示出了兩個單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化天線有兩個接頭。兩個接頭。 雙極

18、化天線輻射（或接收）兩個雙極化天線輻射（或接收）兩個極化在空間相互正交（垂直）的極化在空間相互正交（垂直）的波。波。 + +45/-4545/-45雙極化天線更常用。為什么？雙極化天線更常用。為什么？V/H（垂直（垂直/水平）型水平）型 雙雙 極極 化化+ 45 / -45 型型 雙雙 極極 化化天線基礎(chǔ)知識-天線介紹天線概述 天線參數(shù)天線介紹從前面我們已經(jīng)知道了表征天線性能的一些參數(shù)：方向圖，增益、半功率角、極化方式、前后比，還有部分表征天線性能的參數(shù)：頻段、輸入阻抗、駐波比、重量、尺寸等，不再一一介紹。下面將結(jié)合實際工作中使用的天線講解不同天線的適用范圍及特點。1、室內(nèi)全向吸頂天線2、室內(nèi)定向吸頂天線3、室內(nèi)定向板狀天線4、室內(nèi)對數(shù)周期天線5、燈罩形室外美化天線天線基礎(chǔ)知識-天線介紹天線概述 天線參數(shù)天線介紹室內(nèi)定向吸頂天線1頻段：800M2500M2輸入駐波：1.43輸入阻抗：504增益：3 dBi安裝方式：軟天花安裝 天線基礎(chǔ)知識-天線介紹天線概述 天線參數(shù)天線介紹室內(nèi)全向吸頂天線1頻段：800M2500M2輸入駐波：1.43輸入阻抗：504增益：5.5 dBi安裝方式：軟天花安裝 天線基礎(chǔ)知識-天線介紹天線概述 天線參數(shù)天線介紹室內(nèi)定向板狀天線1頻段：800M2500M2輸入駐波：1.43輸入阻抗：5