射頻基礎(chǔ)知識培訓(xùn)02

1、研發(fā)十一部 吳磊課程目標(biāo)熟悉和掌握射頻基本概熟悉和掌握射頻基本概念和知識念和知識參考資料 無線通信技術(shù)課程內(nèi)容第一章第一章 課程回顧課程回顧第二第二章章 無線電波的基本知識無線電波的基本知識第三章第三章 天線的基本知識天線的基本知識第四章第四章 傳輸線的基本知識傳輸線的基本知識第一章 課程回顧 何謂無線通信？ WIFI工作頻段？該頻段屬于哪一波段？ 簡述WIFI的電磁波傳播方式及其特點。第一章 課程回顧利用電磁波的輻射和傳播，經(jīng)過空間傳送信息的通信方式稱之為無線電通信（ Wireless Communication ），也稱之為無線通信。WIFI工作頻段： 24122483.5MHz (802

2、.11b/g/n)， 57255850MHz (802.11a) ，屬于微波波段。WIFI電磁波傳播方式為微波傳播，微波的傳播類似于光波的傳播，是一種視距傳播。第一章 課程回顧1、計算1 mW= ? dBm 1 W= ? dBW1 mV= ? dBmV 1 uV= ? dBuV30 dBm= ? W 0 dBm+0 dBm= ? 27 dBm+ 27dBm= ? 2、功率提高到原來的一倍，相當(dāng)于提高了多少dB？提高到原來的2倍呢？10倍呢？3、功率提高1dB，相當(dāng)于提高到原來的多少倍，提高2dB、3dB、4dB、5dB、10dB呢？4、電壓提高到原來的1倍，相當(dāng)于提高了多少dB？第一章 課程回

3、顧第一章 課程回顧若以1W為基準(zhǔn)功率，功率為P時，對應(yīng)的電平為10 log（P/1W），單位記為dBW（分貝瓦）。例如:功率為1W時電平為:10log（1W/1W）=0dBW；功率為 100W時電平為:10log（100W/1W）=20dBW；功率為100mW時，對應(yīng)的電平為:10log（100mW/1W）=-10dBW。第一章 課程回顧以1mW為基準(zhǔn)功率時，則功率為P時對應(yīng)的電平為10lg（P/1mW），單位記為dBmW（分貝毫瓦）。例如:功率為1W時，電平為: 10log（1W/1mW）=30dBm；功率為1mW時，電平為:10log（1mW/1W）=0dBm；功率為1uW時，電平為:10

4、log（1uW/1mW）= -30dBm；第一章 課程回顧第一章 課程回顧第一章 課程回顧 相對功率的dB表示射頻信號的相對功率常用dB和dBc兩種形式表示，其區(qū)別在于：dB是任意兩個功率的比值的對數(shù)表示形式，而dBc是某一頻點輸出功率和載頻輸出功率的比值的對數(shù)表示形式。第一章 課程回顧dBWdBWdBmdBmdBmVdBmVdBVdBVdBWdBW0+30+78.75+138.75dBmdBm-300+48.75+108.75dBmVdBmV-78.75-48.750+60dBVdBV-138.75-108.75-600第一章 課程回顧阻擋電流通過的物體或物質(zhì)，從而把電能轉(zhuǎn)化為熱能或其它形式

5、的能量，單位：歐姆，電位或電位差，單位：伏特，單位時間內(nèi)通過電路上某一確定點的電荷數(shù)，單位：安培，線圈環(huán)繞著的東西，通常是導(dǎo)線，由于電磁感應(yīng)的原因，線圈可產(chǎn)生電動勢能，單位：亨利，一個充電的絕緣導(dǎo)電物體潛在具有的最大電荷率課程內(nèi)容第一章第一章 課程回顧課程回顧第二第二章章 無線電波的基本知識無線電波的基本知識第三章第三章 天線的基本知識天線的基本知識第四章第四章 傳輸線的基本知識傳輸線的基本知識17第二章第二章無線電波無線電波的基本知識的基本知識18 無線電波是一種能量傳輸形式，在傳播過程中，電無線電波是一種能量傳輸形式，在傳播過程中，電場和磁場在空間是相互垂直的，同時這兩者又都垂直于場和磁場

6、在空間是相互垂直的，同時這兩者又都垂直于傳播方向。傳播方向。1920 無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規(guī)律而變化的，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。的規(guī)律而變化的，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。無線電波的電場方向稱為電波的極化方向。如果電無線電波的電場方向稱為電波的極化方向。如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極化波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極化波平極化波。 21 無線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播媒質(zhì)無線電波和光波一樣，它的傳播速

7、度和傳播媒質(zhì)有關(guān)。無線電波在真空中的傳播速度等于光速。我們有關(guān)。無線電波在真空中的傳播速度等于光速。我們用公里秒表示。在媒質(zhì)中的傳播用公里秒表示。在媒質(zhì)中的傳播速度為：速度為：/，式中，式中為傳播媒質(zhì)的相對為傳播媒質(zhì)的相對介電常數(shù)?？諝獾南鄬殡姵?shù)與真空的相對介電常介電常數(shù)?？諝獾南鄬殡姵?shù)與真空的相對介電常數(shù)很接近，略大于。數(shù)很接近，略大于。 因此，無線電波在因此，無線電波在空氣中的傳播速度略空氣中的傳播速度略小于光速，通常我們小于光速，通常我們就認為它等于光速。就認為它等于光速。22直射直射直射是無線電波在自由空間傳播的方式。反射反射當(dāng)電磁波遇到比波長大得多的物體時，就會發(fā)生反射。反射

8、常發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表面。繞射（衍射）繞射（衍射）波在傳播時，若被一個大小接近于或小于波長的物體阻擋，就繞過這個物體，繼續(xù)進行。散射散射散射就是由于介質(zhì)中存在的微小粒子（異質(zhì)體）或者分子對電磁波的作用，使電磁波偏離原來的傳播方向而向四周傳播的現(xiàn)象。 234132圖示：直射波 反射波 繞射（衍射）波224自由空間的傳播損耗自由空間自由空間是一個理想的空間，在自由空間中，電波沿直線傳播而不被吸收，也不發(fā)生反射、折射、繞射和散射等現(xiàn)象。在下圖所示的自由空間中，設(shè)在原點0有一輻射源，均勻地向各方向輻射，輻射功率為Pt。能量均勻地分布在以0點為球心，d為半徑的球面上。已知球面的表面積為4d2

9、，因此，在球面單位面積上的功率應(yīng)為Pt/4d2。若接收天線所能接收的在效面積為A=2/4，則接收機輸入功率為：P0= （Pt/4d2） *（2/4）= Pt*（/4d）2 通常定義發(fā)射功率與接收功率的比值為傳播衰耗。所以自由空間的衰耗值Lbs為：Lbs= P0/Pt=（4d/） 在工程上，傳播衰耗常用分貝來表示，即： Lbs=10lg（4d/）2=20 lg（4d/） 若距離d的單位為公里（Km），并將波長換算成相對應(yīng)的頻率f，則當(dāng)f的單位為兆赫（MHz），上面的公式可改寫為:Lbs（dB）=32.45+20lgd（Km）+20lgf（MHz ） 從以上公式可以看出，自由空間的傳播損耗只與工作

10、頻率與傳播距離有關(guān)。25自由空間的傳播損耗自由空間損耗與距離的關(guān)系自由空間損耗與距離的關(guān)系26 該關(guān)系可用式 / 表示， 其中： 為速度，單位為m/s； 為頻率，單位為Hz； 為波長，單位為m。 由上述關(guān)系式不難看出，同一頻率的無線電波在不 同的媒質(zhì)中傳播時，速度是不同的，因此波長也不一樣。 波長波長27 無線電波的波長不同，傳播特點也不完全相同。目前wlan使用的頻段屬于微波。 微波的視距傳播 微波的頻率很高，波長較短，它的地面波衰減很快。因此也不能依靠地面波作較遠距離的傳播，它主要是由空間波來傳播的?？臻g波一般只能沿直線方向傳播到直接可見的地方。在直視距離內(nèi)超短波的傳播區(qū)域習(xí)慣上稱為“照明

11、區(qū)”。在直視距離內(nèi)超短波接收裝置才能穩(wěn)定地接收信號。28多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)無線電波無線電波在傳播過程中會遇到各種各樣的建筑物、樹木、植被以及起在傳播過程中會遇到各種各樣的建筑物、樹木、植被以及起伏的地形，會引起電波的反射、散射和繞射等。伏的地形，會引起電波的反射、散射和繞射等。29陰影效應(yīng)陰影效應(yīng) 有大型建筑物和其他物體的阻擋而在傳播接收區(qū)域上形成半盲區(qū)有大型建筑物和其他物體的阻擋而在傳播接收區(qū)域上形成半盲區(qū)的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。電波在傳播途徑上遇到障礙物時，總是力圖繞過障礙物，再電波在傳播途徑上遇到障礙物時，總是力圖繞過障礙物，再向前傳播。這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波的繞射能力較弱，在高向前傳播。

12、這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波的繞射能力較弱，在高大建筑物后面會形成所謂的大建筑物后面會形成所謂的“陰影區(qū)陰影區(qū)”。信號質(zhì)量受到影響的程度不。信號質(zhì)量受到影響的程度不僅和接收天線距建筑物的距離及建筑物的高度有關(guān)，還和頻率有關(guān)。僅和接收天線距建筑物的距離及建筑物的高度有關(guān)，還和頻率有關(guān)。 例如一個建筑物的高度為米，在距建筑物米處接收的信號質(zhì)量幾乎不受影響，但在距建筑物米處，接收信號場強將比無高摟時明顯減弱。這時，如果接收的是兆赫的電視信號，接收信號場強比無高摟時減弱分貝，當(dāng)接收兆赫的電視信號時，接收信號場強將比無高摟時減弱分貝。如果建筑物的高度增加到米時，則在距建筑物米以內(nèi)，接收信號的場強都將受

13、到影響，因而有不同程度的減弱。也就是說，頻率也就是說，頻率越高，建筑物越高、越近，影響越大。相反，頻率越低，建筑物越矮、越高，建筑物越高、越近，影響越大。相反，頻率越低，建筑物越矮、越遠，影響越小。越遠，影響越小。 30多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)由于接收的移動用戶高速運動而引起傳播速率的擴散而引起的，其擴由于接收的移動用戶高速運動而引起傳播速率的擴散而引起的，其擴散程度與用戶運動的速度成正比。散程度與用戶運動的速度成正比。課程內(nèi)容第一章第一章 課程回顧課程回顧第二第二章章 無線電波的基本知識無線電波的基本知識第三章第三章 天線的基本知識天線的基本知識第四章第四章 傳輸線的基本知識傳輸線的基本知識32

14、第三章第三章 天線天線的的基本知識基本知識33B B l la ah h blahb l a hblah 把從導(dǎo)線上傳下來的電信號做為無線電波發(fā)射到空把從導(dǎo)線上傳下來的電信號做為無線電波發(fā)射到空間間. 收集無線電波并產(chǎn)生電信號收集無線電波并產(chǎn)生電信號34 天線的作用作用就是將傳輸線中的高頻電磁能轉(zhuǎn)化為自由空間的電磁波，或反之將自由空間的電磁波轉(zhuǎn)化為傳輸線中的高頻電磁能。 了解天線的相關(guān)性能，必須掌握自由空間中的電磁波相關(guān)知識及高頻傳輸?shù)南嚓P(guān)知識。35 導(dǎo)線載有交變電流時，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長短和形狀有關(guān).如果導(dǎo)線位置如由于兩導(dǎo)線的距離很近，且兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢幾乎

15、可以抵消，因而輻射很微弱。如果將兩導(dǎo)線張開，這時由于兩導(dǎo)線的電流方向相同，由兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相同，因而輻射較強。當(dāng)導(dǎo)線的長度遠小于波長時，導(dǎo)線的電流很小，輻射很微弱. 當(dāng)導(dǎo)線的長度增大到可與波長相比擬時，導(dǎo)線上的電流就大大增加，因而就能形成較強的輻射。通常將上述能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為振子。 36 同軸線變化為天線同軸線變化為天線37 天線可視為一個四端網(wǎng)絡(luò)38 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分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。全長與波長相等的振子，稱為全波對稱振子。之一波長。全長與波長相等的振子，稱為全波對稱振子。 將振子折合起來的，稱為折

16、合振子。將振子折合起來的，稱為折合振子。波長波長1/2波長波長 一個一個1/2波長的對稱振子在波長的對稱振子在800MHz 約約 200mm長長 400MHz 約約 400mm 長長1/4波長波長1/4波長波長1/2波長波長振子振子39 半波振子上的場分布半波振子上的場分布40垂直極化垂直極化水平極化水平極化+ 45度傾斜的極化度傾斜的極化- 45度傾斜的極化度傾斜的極化 天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向向41V/H (垂直垂直/水平水平)傾斜傾斜 (+/- 45) 傳輸兩個獨立的波，兩個天線為一個整體。傳輸兩個獨立的波，兩個天線為一個整體

17、。雙極化天線42 如果電波在傳播過程中電場的方向是旋轉(zhuǎn)的，就叫作橢圓極化波。如果電波在傳播過程中電場的方向是旋轉(zhuǎn)的，就叫作橢圓極化波。旋轉(zhuǎn)過程中，如果電場的幅度，即大小保持不變，我們就叫它為圓極旋轉(zhuǎn)過程中，如果電場的幅度，即大小保持不變，我們就叫它為圓極化波。向傳播方向看去順時針方向旋轉(zhuǎn)的叫右旋圓極化波，反時針方化波。向傳播方向看去順時針方向旋轉(zhuǎn)的叫右旋圓極化波，反時針方向旋轉(zhuǎn)的叫做左旋圓極化波。向旋轉(zhuǎn)的叫做左旋圓極化波。垂直極化波要用具有垂直極化特性的天垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收；水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收；右旋圓線來接收；水平極化波要用具有水平極化特性的天線

18、來接收；右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收；而左旋圓極化波要用極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收；而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收具有左旋圓極化特性的天線來接收。圓極化波43 當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，在接收過程當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，在接收過程 中通常都要產(chǎn)生極化損失，例如：當(dāng)用圓極化天線接收任一線極化波中通常都要產(chǎn)生極化損失，例如：當(dāng)用圓極化天線接收任一線極化波 ，或用線極化天線接收任一圓極化波時，都要產(chǎn)生分貝的極化損失，或用線極化天線接收任一圓極化波時，都要產(chǎn)生分貝的極化損失， 即只能接收到來波的一半能量；即只能

19、接收到來波的一半能量； 當(dāng)接收天線的極化方向（例如水平或右旋圓極化）與來波的極化當(dāng)接收天線的極化方向（例如水平或右旋圓極化）與來波的極化 方向（相應(yīng)為垂直或左旋圓極化）完全正交時，接收天線也就完全接方向（相應(yīng)為垂直或左旋圓極化）完全正交時，接收天線也就完全接 收不到來波的能量，這時稱來波與接收天線極化是隔離的。收不到來波的能量，這時稱來波與接收天線極化是隔離的。 44 隔離代表饋送到一種極化的信號在另外一種極化中出 現(xiàn)的比例。 1000mW (即即1W)1mW在這種情況下的隔離為在這種情況下的隔離為10log(1000mW/1mW) = 30dB45 天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的

20、能力。天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力。 對于接收天線而言，方向性表示天線對不同方向傳來的對于接收天線而言，方向性表示天線對不同方向傳來的 電波所具有的接收能力。天線的方向性的特性曲線通常電波所具有的接收能力。天線的方向性的特性曲線通常 用方向圖來表示用方向圖來表示. . 方向圖可用來說明天線在空間各個方向上所具有的發(fā)方向圖可用來說明天線在空間各個方向上所具有的發(fā) 射或接收電磁波的能力。射或接收電磁波的能力。 46 天線輻射電磁波是有方向性的，它表示天線向一天線輻射電磁波是有方向性的，它表示天線向一定方面輻射電磁波的能力。反之，作為接收天線的方向定方面輻射電磁波的能力。反之，作為

21、接收天線的方向性表示了它接收不同方向來的電磁波的能力。我們通常性表示了它接收不同方向來的電磁波的能力。我們通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向輻射（或接收）用垂直平面及水平平面上表示不同方向輻射（或接收）電磁波功率大小的曲線來表示天線的方向性，并稱為天電磁波功率大小的曲線來表示天線的方向性，并稱為天線輻射的方向圖。同時用半功率點之間的夾角表示了天線輻射的方向圖。同時用半功率點之間的夾角表示了天線方向圖中的水平波束寬度及垂直波束寬度。線方向圖中的水平波束寬度及垂直波束寬度。 47頂視頂視側(cè)視側(cè)視 在地平面上，為了把信號集中到所需要的地方，要在地平面上，為了把信號集中到所需要的地方，要 求把求把

22、“面包圈面包圈” 壓成扁平的壓成扁平的 一個單一的對稱振子具有一個單一的對稱振子具有“面包圈面包圈” ” 形的方向圖。形的方向圖。4860 (eg)峰值峰值 - 3dB點點 - 3dB點點3dB 波束寬度波束寬度水平面方向圖水平面方向圖峰值峰值- 3dB點點- 3dB點點15 (eg)垂直面方向圖垂直面方向圖立體方向圖立體方向圖49下旁瓣抑制下旁瓣抑制上旁瓣抑制上旁瓣抑制50垂直方向圖垂直方向圖51 無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻 率范圍內(nèi)工作的，通常，工作在中心頻率時天線所能輸率范圍內(nèi)工作的，通常，工作在中心頻率時天線所能輸 送的

23、功率最大，偏離中心頻率時它所輸送的功率都將減送的功率最大，偏離中心頻率時它所輸送的功率都將減 小，據(jù)此可定義天線的頻率帶寬。小，據(jù)此可定義天線的頻率帶寬。 有幾種不同的定義：有幾種不同的定義： 一種是指天線增益下降三分貝時的頻帶寬度；一種是指天線增益下降三分貝時的頻帶寬度； 一種是指在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度。一種是指在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度。 我們一般是我們一般是按后一種定義的按后一種定義的，通常來說，對于民用設(shè)，通常來說，對于民用設(shè)備備，就是當(dāng)天線的輸入駐波比，就是當(dāng)天線的輸入駐波比1.51.5時時，天線的工作帶寬。，天線的工作帶寬。52如圖天線如圖天線在在 2450MH

24、z 將是最佳的將是最佳的該天線的頻帶寬度該天線的頻帶寬度 = 2500 - 2400 = 100MHz 當(dāng)天線的工作波長不是最佳時天線性能要下降，在當(dāng)天線的工作波長不是最佳時天線性能要下降，在天線工作頻帶內(nèi)，天線性能下降不多，仍然是可以接受天線工作頻帶內(nèi)，天線性能下降不多，仍然是可以接受的。的。在在 2450MHz 1/2 波長波長振子最佳振子最佳在在 2500MHz天線振子天線振子在在2400MHz53電性能參數(shù)電性能參數(shù)Electrical properties54天線駐波比天線駐波比表示天線 與收發(fā)射機匹配程度的指標(biāo)。駐波比的定義駐波比的定義：在不匹配的情況下, 饋線上同時存在入射波和反

25、射波。在入射波和反射波相位相同的地方，電壓振幅相加為最大電壓振幅max ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅min ，形成波節(jié)。其它各點的振幅值則介于波腹與波節(jié)之間。這種合成波稱為行駐波。波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù)，也叫電壓駐波比，記為 VSWR Umax饋線上波腹電壓； Umin饋線上波節(jié)電壓。ZA天線B饋線AZiABZinTZcUmaxUUmin55是由于入射波能量傳輸?shù)教炀€輸入端未被全部吸收產(chǎn)生反射波，迭加而形成的。VSWR越大，反射越大，匹配越差。那么，駐波比差，到底有哪些壞處？在工程上可以接受的 駐波比是多少？一個適當(dāng)?shù)鸟v波比指標(biāo)是要在損

26、失能量的數(shù)量與制造成本之間進行折中權(quán)衡的。 1、VSWR1，說明輸進天線的功率有一部分被反射回來，從而降低了天線的輻射功率； 2、增大了饋線的損耗。有了反射功率，就增大了能量損耗，從而降低了饋線向天線的輸入功率； 3、在饋線輸入端，失配嚴重時，發(fā)射機的輸出功率達不到設(shè)計額定值。 56 經(jīng)過計算，駐波比對天線反射功率、所增大的饋線損耗與完全匹配（VSWR=1）時相比，所減小的總輻射功率的關(guān)系如下： VSWR=3.0VSWR=3.0時時，天線反射25%的功率（1.25dB），饋線新增損耗0.9dB，與完全匹配（VSRW=1）相比，功率多損失40%(2.15dB)； VSWR=1.5VSWR=1.5

27、時時，天線反射4%的功率（0.17dB），饋線新增損耗0.19dB，與完全匹配（VSWR=1）相比，功率多損失8%(0.36dB)； VSWR=1.4VSWR=1.4時時，天線反射2.8%的功率（0.12dB），饋線新增損耗0.09dB，與完全匹配（VSWR=1）相比，功率多損失4.7%(0.21dB)； VSWR=1.3VSWR=1.3時時，天線反射1.7%的功率（0.07dB），饋線新增損耗0.06dB，與完全匹配（VSWR=1）相比，功率多損失2.9%(0.13dB)。 可見，VSWR=1.3VSWR=1.3與與VSWR=1.5VSWR=1.5相比相比，功率損失僅減少了功率損失僅減少了0

28、.23dB0.23dB，這在移動通信的衰落傳播中，影響基本可以忽略影響基本可以忽略。然而天線的制造成本卻高得多。 57 增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線與 理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的場強的平方 之比，即功率之比。增益一般與天線方向圖有關(guān)，方 向圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。G（ 、 ）=4 U（ 、 ）/PA 單位單位：dBi58一個單一對稱振子具有面包一個單一對稱振子具有面包圈形的方向圖輻射圈形的方向圖輻射一個各向同性的輻射器在所一個各向同性的輻射器在所有方向具有相同的輻射有方向具有相同的輻射一個天線與對稱振子相比較一個天線與對稱振子相比較的增益的增益用用“dBd”

29、表示表示一個天線與各向同性輻射器一個天線與各向同性輻射器相比較的增益用相比較的增益用“dBi”表示表示例如例如: 3dBd = 5.17dBi2.17dB 對稱振子的增益為對稱振子的增益為2.17dB 59在這兒增益在這兒增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd一個對稱臺振子一個對稱臺振子假設(shè)在接收機中假設(shè)在接收機中有1mW功率功率 在陣中有在陣中有4個對稱振子個對稱振子 在接收機中就在接收機中就有4 mW功率功率 更加集中的信號更加集中的信號對稱振子組陣能夠控制輻射能構(gòu)成“扁平的面包圈”對稱振子60 在我們的在我們的“扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線”中，反射面把功率聚焦到一個方向進一步提

30、高了增益。中，反射面把功率聚焦到一個方向進一步提高了增益。這里這里, “扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線” 與單個對稱振子相比的增益為與單個對稱振子相比的增益為10log(8mW/1mW) = 9dBd “扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線 ”將在接收機中有將在接收機中有8mW功率功率 “全向陣全向陣” 例如在接收機中為例如在接收機中為4mW功率功率 (頂視)天線天線 利用反射板可把輻射能控制聚集到一個方向上，反射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線。反射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線。定向天線61 天線和饋線的連接端，即饋電點兩端感應(yīng)的信號電壓與信號天線和饋線的連接端，即饋電點兩端感應(yīng)的信號電壓與信號電流之比，

31、稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗有電阻分量和電抗分電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗有電阻分量和電抗分量。輸入阻抗的電抗分量會減少從天線進入饋線的有效信號功率。量。輸入阻抗的電抗分量會減少從天線進入饋線的有效信號功率。因此，必須使電抗分量盡可能為零，使天線的輸入阻抗為純電阻。因此，必須使電抗分量盡可能為零，使天線的輸入阻抗為純電阻。 輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)和工作波長有關(guān)，基本半波振子，即由輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)和工作波長有關(guān)，基本半波振子，即由中間對稱饋電的半波長導(dǎo)線，其輸入阻抗為（中間對稱饋電的半波長導(dǎo)線，其輸入阻抗為（73.173.142.542.5）歐）歐姆。當(dāng)把振子長度縮短時，就可以消除其

32、中的電抗分姆。當(dāng)把振子長度縮短時，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，即使半波振子的輸入阻抗為量，使天線的輸入阻抗為純電阻，即使半波振子的輸入阻抗為73.173.1歐（標(biāo)稱歐（標(biāo)稱7575歐）。歐）。 而全長約為一個波長，且折合彎成形管形狀由中間對稱饋而全長約為一個波長，且折合彎成形管形狀由中間對稱饋電的折合半波振子，可看成是兩個基本半波振子的并聯(lián)，而輸入電的折合半波振子，可看成是兩個基本半波振子的并聯(lián)，而輸入阻抗為基本半波振子輸入阻抗的四倍，即阻抗為基本半波振子輸入阻抗的四倍，即292292歐（標(biāo)稱歐（標(biāo)稱300300歐）。歐）。62以以dB表示的前后比表示的前后比 = 10

33、 log 典型值為典型值為 25dB 左右左右目的是有一個盡可能小的反向功率目的是有一個盡可能小的反向功率(前向功率前向功率)(反向功率反向功率) 方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比。它大，天方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比。它大，天線定向接收性能就好?；景氩ㄕ褡犹炀€的前后比為，線定向接收性能就好?；景氩ㄕ褡犹炀€的前后比為，所以對來自振子前后的相同信號電波具有相同的接收能力。所以對來自振子前后的相同信號電波具有相同的接收能力。前向功率前向功率反向功率反向功率63方位即水平面方向圖120 (eg)峰值峰值 - 10dB點點 - 10dB點點10dB 波束寬度波束寬度60 (eg)峰值峰

34、值 - 3dB點點 - 3dB點點3dB 波束寬度波束寬度15 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB32 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB俯仰面即垂直面方向圖 在方向圖中通常都有兩個瓣或多個瓣，其中最大的瓣稱為主瓣在方向圖中通常都有兩個瓣或多個瓣，其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩半功率點間的夾角定義為天線方向圖，其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩半功率點間的夾角定義為天線方向圖的波瓣寬度。稱為半功率（角）瓣寬。主瓣瓣寬越窄，則方向性越的波瓣寬度。稱為半功率（角）瓣寬。主瓣瓣寬越窄，則方向性越好，抗干擾能力越強。好，抗干擾能力越強。64水平波瓣

35、3dB寬度定向天線：65/90/105/120 全向天線：36065 一般說來，天線的主瓣波束寬度越窄，天線增益一般說來，天線的主瓣波束寬度越窄，天線增益越高。當(dāng)旁瓣電平及前后比正常的情況下，可用下式越高。當(dāng)旁瓣電平及前后比正常的情況下，可用下式近似表示：近似表示： HEdBiG5.05.02227000log10HEdBiG5.05.02232000log10反射面天線，則由于有效照射效率因素的影響，故：反射面天線，則由于有效照射效率因素的影響，故：6667 全向天線增益與垂直波瓣寬全向天線增益與垂直波瓣寬度度68 為使波束指向朝向地面，需要天線下傾無下傾無下傾電下傾電下傾機械下傾機械下傾

36、由圖可以看出機械下傾方法。當(dāng)下傾角度達到10時，水平方向圖嚴重變形，必然產(chǎn)生越區(qū)覆蓋；而電下傾時，水平方向圖基本保持不變。 696 電下傾電下傾+ 4 機械下傾機械下傾10機械下傾機械下傾10電下傾電下傾70 天線波束下傾的作用天線波束下傾的作用 控制覆蓋 減小交調(diào) 電下傾的實現(xiàn)方式電下傾的實現(xiàn)方式 右圖7172天線輻射的水平波束寬度決定了天線輻射的電磁波天線輻射的水平波束寬度決定了天線輻射的電磁波 水平覆蓋的范圍水平覆蓋的范圍 天線垂直波束寬度決定了傳輸距離及縱向覆蓋。天線垂直波束寬度決定了傳輸距離及縱向覆蓋。730。、rFZD 由拋物反射面的幾何關(guān)由拋物反射面的幾何關(guān)系可得反射面的方程為：

37、系可得反射面的方程為：在直角坐標(biāo)中在直角坐標(biāo)中r24F(FZ) 在極坐標(biāo)中在極坐標(biāo)中 F/cos2( /2)式中式中F是焦距；是焦距；D是直徑；是直徑； 是焦點到反射面的距離；是焦點到反射面的距離； 是 與 是 與 Z 軸 的 夾 角 。軸 的 夾 角 。反射面的半張角反射面的半張角 0 0與與F/DF/D的的關(guān)系為：關(guān)系為：DFTan41210 拋物面天線的簡單幾何關(guān)系拋物面天線的簡單幾何關(guān)系74饋源主反射面副反射面反射面饋源反射面饋源副反射面饋源主反射面 按饋源的饋電位置可分為前饋和后饋，其中每一種又可分為正饋和按饋源的饋電位置可分為前饋和后饋，其中每一種又可分為正饋和偏饋。偏饋。 按反射

38、面的設(shè)置還可分為單反射面天線和雙反射面天線，雙反射面按反射面的設(shè)置還可分為單反射面天線和雙反射面天線，雙反射面天線由一次（主）反射面和二次（副）反射面組成。天線由一次（主）反射面和二次（副）反射面組成。幾種常用的反射面天線75 反射面天線的增益和瓣寬與天線饋源的方向圖形狀有關(guān)，與它反射面天線的增益和瓣寬與天線饋源的方向圖形狀有關(guān)，與它對反射面邊緣的照射電平有關(guān)。如果饋源對反射面的照射是均勻的對反射面邊緣的照射電平有關(guān)。如果饋源對反射面的照射是均勻的天線增益就高，但同時天線的旁瓣也高，抗干擾性能就差。通常情天線增益就高，但同時天線的旁瓣也高，抗干擾性能就差。通常情況下，饋源照射呈鐘形分布?？紤]增

39、益和旁瓣要求，在反射面邊緣況下，饋源照射呈鐘形分布?？紤]增益和旁瓣要求，在反射面邊緣的照射電平一般取的照射電平一般取-10-12dB. 口面直徑為口面直徑為D 的拋物反射面天線的增益和主瓣寬度可用下列公的拋物反射面天線的增益和主瓣寬度可用下列公式近似計算：式近似計算： 增益增益 主瓣寬度主瓣寬度2DG度D705 .0拋物面天線的增益與瓣寬76 它的工作帶寬主要取決于饋源的工作帶寬。極化方式也取決于它的工作帶寬主要取決于饋源的工作帶寬。極化方式也取決于饋源，當(dāng)采用圓極化饋源時，對單反射面天線其極化旋向與饋源極饋源，當(dāng)采用圓極化饋源時，對單反射面天線其極化旋向與饋源極化旋向相反，對雙反射面天線其極

40、化旋向與饋源極化旋向相同。對化旋向相反，對雙反射面天線其極化旋向與饋源極化旋向相同。對于單線極化應(yīng)用，可采用與饋源極化方向一致的柵格反射面替代實于單線極化應(yīng)用，可采用與饋源極化方向一致的柵格反射面替代實體反射面。柵格的間距與工作頻率和柵格導(dǎo)體直徑有關(guān)。體反射面。柵格的間距與工作頻率和柵格導(dǎo)體直徑有關(guān)。 拋物面天線原形是建立在幾何光學(xué)基礎(chǔ)上的。通常反射面直徑、拋物面天線原形是建立在幾何光學(xué)基礎(chǔ)上的。通常反射面直徑、至少要在至少要在6 以上。例如在以上。例如在1GHz采用拋物面天線其直徑至少就要采用拋物面天線其直徑至少就要1.8m。因此它主要適用于超短波高頻段和微波頻段。以天線口徑為。因此它主要適

41、用于超短波高頻段和微波頻段。以天線口徑為50cm，工作頻率為，工作頻率為11GHz 的拋物面天線為例，其增益約為的拋物面天線為例，其增益約為 G 32.2dB33.3dB，半功率瓣寬，半功率瓣寬 0.5 3.8度度 在這種情況下，在在這種情況下，在10公里距離上架設(shè)的該種天線波束對準(zhǔn)偏離公里距離上架設(shè)的該種天線波束對準(zhǔn)偏離目標(biāo)方向目標(biāo)方向1.9度，即偏開度，即偏開330米時，信號強度就將降低米時，信號強度就將降低3dB. 由此也可看出，在工作頻率為由此也可看出，在工作頻率為11GHz時，其收發(fā)天線的調(diào)整對時，其收發(fā)天線的調(diào)整對準(zhǔn)要比工作頻率為準(zhǔn)要比工作頻率為1GHz時難得多。時難得多。拋物面天

42、線的帶寬77 折合振子天線如下圖所示。折合振子是天線的一種基本形式，折合振子天線如下圖所示。折合振子是天線的一種基本形式，也是構(gòu)成多單元天線的核心。也是構(gòu)成多單元天線的核心。 折合振子天線可由金屬管彎折而成，彎折后相當(dāng)于兩個半波振折合振子天線可由金屬管彎折而成，彎折后相當(dāng)于兩個半波振子兩端相接，中間平行。中間距子兩端相接，中間平行。中間距s一般取一般取0.020.03，一般約為，一般約為30100mm。開口長度。開口長度l取取3050mm，UHF波段取波段取20mm左右。左右。 折合振子的特性阻抗約為折合振子的特性阻抗約為292，對地平衡輸出。中心點為零電，對地平衡輸出。中心點為零電位，所以可

43、用通過中心點的螺釘將這種天線固定在金屬桿或其他支撐位，所以可用通過中心點的螺釘將這種天線固定在金屬桿或其他支撐物上，即使支撐物接大地也不影響其接收性能。物上，即使支撐物接大地也不影響其接收性能。 折合振子天線具有雙方向性，接收位置與接收信號強度的關(guān)系折合振子天線具有雙方向性，接收位置與接收信號強度的關(guān)系與半波振子相同。與半波振子相同。折合振子介紹78它它是由一個有源振子即饋電振子和若干個無源振子組成，所有的振子是由一個有源振子即饋電振子和若干個無源振子組成，所有的振子都平行配置在同一個平面上，其中用一支撐桿固定。有源振子可以是都平行配置在同一個平面上，其中用一支撐桿固定。有源振子可以是一個基本

44、半波振子，也可是折合半波振子，無源振子根據(jù)其作用可以一個基本半波振子，也可是折合半波振子，無源振子根據(jù)其作用可以分為反射體和引向器兩種。分為反射體和引向器兩種。八木天線介紹79機械參數(shù)機械參數(shù)Mechanical properties80天線的尺寸長寬高長：與垂直波瓣、增益有關(guān)寬：與水平波瓣有關(guān)高：與所采用的天線技術(shù)有關(guān)81天線的外觀美觀、環(huán)保課程內(nèi)容第一章第一章 課程回顧課程回顧第二第二章章 無線電波的基本知識無線電波的基本知識第三章第三章 天線的基本知識天線的基本知識第四章第四章 傳輸線的基本知識傳輸線的基本知識83第四章第四章 傳輸線傳輸線的基本知識的基本知識84 連接天線和發(fā)射（或接收

45、）機輸出（或輸入）端的導(dǎo)線稱連接天線和發(fā)射（或接收）機輸出（或輸入）端的導(dǎo)線稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務(wù)是有效地傳輸信號能量。為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務(wù)是有效地傳輸信號能量。 因此它應(yīng)能將天線接收的信號以最小的損耗傳送到接收機因此它應(yīng)能將天線接收的信號以最小的損耗傳送到接收機輸入端，或?qū)l(fā)射機發(fā)出的信號以最小的損耗傳送到發(fā)射天線輸入端，或?qū)l(fā)射機發(fā)出的信號以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端，同時它本身不應(yīng)拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號。這樣，的輸入端，同時它本身不應(yīng)拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號。這樣，就要求傳輸線必須屏蔽或平衡。就要求傳輸線必須屏蔽或平衡。 當(dāng)傳輸線的幾何長度等于或大于所傳送信號

46、的波長時就叫當(dāng)傳輸線的幾何長度等于或大于所傳送信號的波長時就叫做長傳輸線，簡稱長線。做長傳輸線，簡稱長線。傳輸線及饋線85傳輸線及饋線86 微波波段微波波段的的傳輸線：同軸電纜傳輸線、波導(dǎo)傳輸線：同軸電纜傳輸線、波導(dǎo)和微帶和微帶等等 。同軸電纜同軸電纜傳輸線的兩根導(dǎo)線為芯線和屏蔽銅網(wǎng)，因銅網(wǎng)接地，傳輸線的兩根導(dǎo)線為芯線和屏蔽銅網(wǎng)，因銅網(wǎng)接地，兩根導(dǎo)體對地不對稱，因此叫做不對稱式或不平衡式傳輸線。兩根導(dǎo)體對地不對稱，因此叫做不對稱式或不平衡式傳輸線。同軸電纜工作頻率范圍寬，損耗小，對靜電耦合有一定的屏蔽同軸電纜工作頻率范圍寬，損耗小，對靜電耦合有一定的屏蔽作用，但對磁場的干擾卻無能為力。使用時切

47、忌與有強電流的作用，但對磁場的干擾卻無能為力。使用時切忌與有強電流的線路并行走向，也不能靠近低頻信號線路。線路并行走向，也不能靠近低頻信號線路。傳輸線的種類87 無限長傳輸線上各點電壓與電流的比值等于特性阻抗，無限長傳輸線上各點電壓與電流的比值等于特性阻抗，用符號。表示。同軸電纜的特性阻抗用符號。表示。同軸電纜的特性阻抗 。138/138/r rlog(D/d) log(D/d) 。通常通常。=50=50/ /或或7575 式中，式中，D D為同軸電纜外導(dǎo)體銅網(wǎng)內(nèi)徑；為同軸電纜外導(dǎo)體銅網(wǎng)內(nèi)徑；d d為其芯線外徑；為其芯線外徑；r r為導(dǎo)體間絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)。為導(dǎo)體間絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)

48、。 由上式不難看出，饋線特性阻抗與導(dǎo)體直徑、導(dǎo)體間距由上式不難看出，饋線特性阻抗與導(dǎo)體直徑、導(dǎo)體間距和導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)，與饋線長短、工作頻率以及和導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)，與饋線長短、工作頻率以及饋線終端所接負載阻抗大小無關(guān)。饋線終端所接負載阻抗大小無關(guān)。傳輸線的特性阻抗88 信號在饋線里傳輸，除有導(dǎo)體的電阻損耗外，還有絕信號在饋線里傳輸，除有導(dǎo)體的電阻損耗外，還有絕 緣材料的介質(zhì)損耗。這兩種損耗隨饋線長度的增加和工作緣材料的介質(zhì)損耗。這兩種損耗隨饋線長度的增加和工作 頻率的提高而增加。因此，應(yīng)合理布局盡量縮短饋線長度。頻率的提高而增加。因此，應(yīng)合理布局盡量縮短饋線長度。損耗的大小用衰

49、減常數(shù)表示。單位用分貝（損耗的大小用衰減常數(shù)表示。單位用分貝（dBdB）米或分）米或分貝百米表示貝百米表示。饋線衰減常數(shù)89 什么叫匹配？我們可簡單地認為，饋線終端所接負載阻什么叫匹配？我們可簡單地認為，饋線終端所接負載阻抗抗等于等于饋線特性阻抗。時，稱為饋線終端是匹配連接的。饋線特性阻抗。時，稱為饋線終端是匹配連接的。當(dāng)使用的終端負載是天線時，如果天線振子較粗，輸入阻抗當(dāng)使用的終端負載是天線時，如果天線振子較粗，輸入阻抗隨頻率的變化就較小，容易和饋線保持匹配，這時振子的工隨頻率的變化就較小，容易和饋線保持匹配，這時振子的工作頻率范圍就較寬。反之，則較窄作頻率范圍就較寬。反之，則較窄。匹配的概念90電纜電纜 50 ohms 天線天線 50 ohms 80 ohms要獲得良好的電性能阻抗必須匹配。要獲得良好的電性能阻抗必須匹配。匹配和失配例91 當(dāng)饋線和天線匹配時，高頻能量全部被負載 吸收，饋線上只有入射波，沒有反射波。饋線上 各處的電壓幅度相等，饋線上任意一點的阻抗都 等于它的特性阻抗。 而當(dāng)天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗 不等于饋線特性阻抗時，負載就不能全部將饋線 上傳輸?shù)母哳l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來形成反射波。 反射損耗929.5 W