天線主要技術(shù)和發(fā)展趨勢

1、天線的主要技術(shù)和發(fā)展趨勢組員天線概念 天線的基本功能是輻射和接收無線電波。發(fā)射時，把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波；接收時，把電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電流。天線的一般原理是：當導體上通以高頻電流時，在其周圍空間會產(chǎn)生電場與磁場。按電磁場在空間的分布特性，可分為近區(qū)、中間區(qū)、遠區(qū)。設R為空間一點到導體的距離，是高頻電流信號的波長，在R2時的區(qū)域稱近區(qū)，在該區(qū)內(nèi)的電磁場與導體中電流、電壓有緊密的聯(lián)系；在RA2的區(qū)域稱為遠區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)電磁場能離開導體向空間傳播，它的變化相對于導體上的電流、電壓就要滯后一段時間，此時傳播出去的電磁波已不與導線上的電流、電壓有直接的聯(lián)系了，這區(qū)域的電磁場稱為輻射場。天線的主要技術(shù) 1

2、首先天線要有一個電磁開放系統(tǒng)電磁開放系統(tǒng)。天線應盡可能的完成導波能量與電磁波能量的相互轉(zhuǎn)換。 2 天線與發(fā)射機或接收機匹配與發(fā)射機或接收機匹配。 3 天線要具有方向性方向性。電磁波盡可能集中于確定方向上，或?qū)?確定方向的來波最大限度接受。 4 天線有適當?shù)臉O化適當?shù)臉O化，能發(fā)射或接受規(guī)定極化的電磁波。 5 應有足夠的工作頻帶足夠的工作頻帶。 1 線天線 基本振子基本振子可以認為是輻射電磁波的最小單元，任意線天線均可以看成有一系列基本振子構(gòu)成。 基本振子的輻射 天線的電參數(shù)2 面天線 面天線用在無線電頻譜的高頻段無線電頻譜的高頻段，尤其是微波波段。這類天線所載的電流是分布在金屬面上的，金屬面的口

3、徑尺寸遠大于工作波長。 面天線的分析方法3 電波傳播 實際的電磁波傳播并非在理想的自由空間進行，而在一定的媒介中傳輸，不同的媒介對無線電波影響是不一樣的，在通常的傳輸距離上，電波傳播的損耗也是非長大的。電波傳播分析天線發(fā)展史 最早的發(fā)射天線是H.R.赫茲在1887年為了驗證J.C.麥克斯韋根據(jù)理論推導所作關(guān)于存在電磁波的預言而設計的。自從這副天線自從這副天線產(chǎn)生以后，天線的發(fā)展大致分為四個歷史時期。產(chǎn)生以后，天線的發(fā)展大致分為四個歷史時期。 線天線時期 面天線時期 從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束到50年代末期：微波中繼通信、對流層散射通信、射電天文和電視廣播等工程技術(shù)的天線設備有了很大發(fā)展，建立了大型反

4、射面天線。 50年代以后。卡塞格倫天線的出現(xiàn)，天線塔等等天線發(fā)展趣談 1894年，35歲的俄國青年波波夫組裝了一臺電磁波接收機。在一次實驗中，波波夫發(fā)現(xiàn)金屬屑檢波器的靈敏度異常高，接收電磁波的距離比平時有明顯增加。他沒放過這個異常現(xiàn)象，仔細檢查后發(fā)現(xiàn)，有一根導線搭在檢波器上。很明顯，這根導線增強了檢波器的接收能力。波波夫真是喜出望外，提高機器的靈敏度，增加傳收距離的愿望竟在無意中實現(xiàn)了。從目前筆者了解的信息來看，他使用的這根導線是世界上第一根天線世界上第一根天線。 幾個月后，21歲的意大利小伙子馬可尼試驗成功了自己的火花式收發(fā)信機。為加大發(fā)射距離，他用一大片金屬接在發(fā)射機火花隙的一端，并高高地

5、掛在樹上，火花隙的另一端則接在地上，電波的強度竟增加數(shù)倍，收發(fā)距離達數(shù)公里。自從有了天地線之后，馬可尼的研究進度神速，效果驚人。終于在1899年3月，成功地自英國海岸多佛市東北角的一個名叫南福倫的懸崖燈塔內(nèi)向距離45公里之外的法國永莫銳進行通信。無線電波橫跨英吉利海峽，傳達了數(shù)百封電報，震驚了整個歐洲大陸，馬可尼被公認為馬可尼被公認為GP天線（垂直天線）的發(fā)明人天線（垂直天線）的發(fā)明人。 天線的下一個主要突破是由戴柏（Diogenes Dipole）創(chuàng)造的。一天，戴柏走過一個游樂場，發(fā)現(xiàn)獅子正在玩蹺蹺板， 天線發(fā)展趣談 回到家后，戴柏馬上拿了一條導線接上機器，獅子都能很快地保持平衡，于是突發(fā)奇

6、想：如果天線也能保持平衡，效果會怎樣呢？回到家后，戴柏馬上拿了一條導線接上機器外殼，另一條導線則接到發(fā)射機輸出，把兩根導線對稱擺開，這就成為一組新的天線。感謝上帝，這種平衡天線非常好用！這就是大名鼎鼎的“雙偶極雙偶極”（DIPOLE）天線）天線，為了紀念戴柏，而以他的名字來命名。接下來的發(fā)明人是無線電愛好者崔伯 （Von Trap）。由于家里空間不夠大，無法架設雙偶極天線，所以他沿著天線，每隔幾英尺左右就繞幾個圈，好把過長的部分纏繞起來，并且在纏繞的電感上并聯(lián)電容，這就是“崔伯雙偶極天線崔伯雙偶極天線” (TRAP DIPOLE)，也叫陷波式偶極天線。 承襲者溫頓（Raoul Windom）發(fā)

7、現(xiàn)蹺蹺板放上不同重量的物體，通過調(diào)整距離也可以達到平衡，天線應該也可以像這樣，以人工方式調(diào)整，達到平衡（匹配）。于是溫頓天線溫頓天線（偏饋天線）被發(fā)明了。二戰(zhàn)期間，溫頓天線被廣泛應用在戰(zhàn)機上，直到噴氣機時代才光榮退休。 正是有了這么多前輩孜孜不倦地努力追求，今天的你我才擁有了最親密的朋友手機，一部小功率的無線電臺。雖然因為擴頻通信技術(shù)的廣泛應用，天線已經(jīng)內(nèi)置在手機機殼里看不到了，但請別忘了，十幾年前的老式大哥大，用的還是古老的GP天線呢！1未來天線技術(shù)發(fā)展預測 從無線網(wǎng)絡發(fā)展趨勢及運營商面臨的各種挑戰(zhàn)來看，天線技術(shù)未來的發(fā)展基本遵循以下幾個方向天線體積小型化 天線性能基本不變的條件下，減小天線

8、的體積。小型化是一個基礎性技術(shù)，是天線永恒的發(fā)展方向。（1.1）小型化天線技術(shù) 天線小型化有兩種實現(xiàn)方式。第一種是通過優(yōu)化天線設計方案，實現(xiàn)服務區(qū)外電平快速下降、壓低旁瓣和后瓣，降低交叉極化電平，采用低損耗、無表面波寄生輻射、低VSWR的饋電網(wǎng)絡等途徑提高天線輻射效率，從而實現(xiàn)同等增益下天線體積的縮小。這種方式天線的性能指標不變，但是限于技術(shù)難度，體積下降程度有限，實現(xiàn)難度比較大而且成本較高。第二種實現(xiàn)方式是通過降低天線的增益來實現(xiàn)體積的減小。這種方式的體積下降明顯，增益每降3 dB體積就會縮小一半，比較容易實現(xiàn)，但是小型化之后增益指標的下降會限制天線的應用范圍。為保證天線小型化后的性能滿足不

9、同場景的應用需求，未來天線小型化技術(shù)應在第一種實現(xiàn)方式上發(fā)展。 目前移動通信天線通過第一種方式實現(xiàn)一定程度的小型化，業(yè)內(nèi)也有小型化天線的應用案例，但限于各種因素，目前小型化天線的安裝仍需要一定的天面資源，而且性能指標有待提高，工作頻段較窄。如果在網(wǎng)應用，需要多個小型化天線同時工作才能全頻段覆蓋，這就失去了小型化的優(yōu)勢和意義。 未來運營商應引導產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢力量，推動天線后端設備充分一體化，達到利用環(huán)境實現(xiàn)美化和隱身要求，實現(xiàn)天面資源的真正節(jié)約和靈活的部署方式。在推動天線小型化的同時，實現(xiàn)天線工作頻段的寬帶化，以利于減少天線數(shù)量和未來系統(tǒng)升級，充分體現(xiàn)小型化天線的優(yōu)勢。多制式天線 未來多種制式共用一面

10、超寬帶天線，不僅天線工作頻段覆蓋多個制式，而且可以根據(jù)系統(tǒng)的不同要求實現(xiàn)每一個制式的獨立調(diào)節(jié)。多制式天線的應用將節(jié)省建站成本和資源，靈活滿足每種制式的網(wǎng)絡覆蓋要求。（2.2）多制式天線應用 多制式天線就是讓不同通信系統(tǒng)共用一副天線，以便有效地節(jié)約安裝空間。多制式天線的實現(xiàn)主要是通過在天線內(nèi)部合理的放置輻射單元實現(xiàn)天線工作頻段的寬帶化，以及通過信號合路和分路實現(xiàn)不同頻段信號的調(diào)節(jié)和控制，如圖1所示天線功能模式向智能化功能方向發(fā)展。 自1997年來，第三代移動通信技術(shù)逐漸成為國內(nèi)外移動通信領(lǐng)域的研究熱點，并迅速催生出第四代移動通信技術(shù)，而智能天線智能天線正是第三代第四代移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 智能天線采用空分復用(SDMA)，利用在信號傳播方向上的差別，將同頻率、同時隙的信號區(qū)分開來。它可以成倍地擴展通信容量，并和其他復用技術(shù)相結(jié)合，最大限度地利用有限的頻譜資源。另外在移動通信中，由于復雜的地形、建筑物結(jié)構(gòu)對電波傳播的影響，大