天線的主要技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)

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

2、首先天線要有一個(gè)電磁開(kāi)放系統(tǒng)電磁開(kāi)放系統(tǒng)。天線應(yīng)盡可能的完成導(dǎo)波能量與電磁波能量的相互轉(zhuǎn)換。 2 天線與發(fā)射機(jī)或接收機(jī)匹配與發(fā)射機(jī)或接收機(jī)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(lái)波最大限度接受。 4 天線有適當(dāng)?shù)臉O化適當(dāng)?shù)臉O化，能發(fā)射或接受規(guī)定極化的電磁波。 5 應(yīng)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(rèn)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(wú)線電頻譜的高頻段無(wú)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(yuǎn)大于工作波長(zhǎng)。 面天線的分析方法3 電波傳播 實(shí)際的電磁波傳播并非在理想的自由空間進(jìn)行，而在一定的媒介中傳輸，不同的媒介對(duì)無(wú)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(zhǎng)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(yàn)證J.C.麥克斯韋根據(jù)理論推導(dǎo)所作關(guān)于存在電磁波的預(yù)言而設(shè)計(jì)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(gè)歷史時(shí)期。產(chǎn)生以后，天線的發(fā)展大致分為四個(gè)歷史時(shí)期。 線天線時(shí)期 面天線時(shí)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(duì)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(shè)備有了很大發(fā)展，建立了大型反

4、射面天線。 50年代以后?？ㄈ駛愄炀€的出現(xiàn)，天線塔等等天線發(fā)展趣談 1894年，35歲的俄國(guó)青年波波夫組裝了一臺(tái)電磁波接收機(jī)。在一次實(shí)驗(yàn)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(shí)有明顯增加。他沒(méi)放過(guò)這個(gè)異?，F(xiàn)象，仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，有一根導(dǎo)線搭在檢波器上。很明顯，這根導(dǎo)線增強(qiáng)了檢波器的接收能力。波波夫真是喜出望外，提高機(jī)器的靈敏度，增加傳收距離的愿望竟在無(wú)意中實(shí)現(xiàn)了。從目前筆者了解的信息來(lái)看，他使用的這根導(dǎo)線是世界上第一根天線世界上第一根天線。 幾個(gè)月后，21歲的意大利小伙子馬可尼試驗(yàn)成功了自己的火花式收發(fā)信機(jī)。為加大發(fā)射距離，他用一大片金屬接在發(fā)射機(jī)火花隙的一端，并高高地

5、掛在樹(shù)上，火花隙的另一端則接在地上，電波的強(qiáng)度竟增加數(shù)倍，收發(fā)距離達(dá)數(shù)公里。自從有了天地線之后，馬可尼的研究進(jìn)度神速，效果驚人。終于在1899年3月，成功地自英國(guó)海岸多佛市東北角的一個(gè)名叫南福倫的懸崖燈塔內(nèi)向距離45公里之外的法國(guó)永莫銳進(jìn)行通信。無(wú)線電波橫跨英吉利海峽，傳達(dá)了數(shù)百封電報(bào)，震驚了整個(gè)歐洲大陸，馬可尼被公認(rèn)為馬可尼被公認(rèn)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(gè)主要突破是由戴柏（Diogenes Dipole）創(chuàng)造的。一天，戴柏走過(guò)一個(gè)游樂(lè)場(chǎng)，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(dǎo)線接上機(jī)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(huì)怎樣呢？回到家后，戴柏馬上拿了一條導(dǎo)線接上機(jī)器外殼，另一條導(dǎo)線則接到發(fā)射機(jī)輸出，把兩根導(dǎo)線對(duì)稱擺開(kāi)，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(jì)念戴柏，而以他的名字來(lái)命名。接下來(lái)的發(fā)明人是無(wú)線電愛(ài)好者崔伯 （Von Trap）。由于家里空間不夠大，無(wú)法架設(shè)雙偶極天線，所以他沿著天線，每隔幾英尺左右就繞幾個(gè)圈，好把過(guò)長(zhǎng)的部分纏繞起來(lái)，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(guò)調(diào)整距離也可以達(dá)到平衡，天線應(yīng)該也可以像這樣，以人工方式調(diào)整，達(dá)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(yīng)用在戰(zhàn)機(jī)上，直到噴氣機(jī)時(shí)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(jī)，一部小功率的無(wú)線電臺(tái)。雖然因?yàn)閿U(kuò)頻通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，天線已經(jīng)內(nèi)置在手機(jī)機(jī)殼里看不到了，但請(qǐng)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(lái)天線技術(shù)發(fā)展預(yù)測(cè) 從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)及運(yùn)營(yíng)商面臨的各種挑戰(zhàn)來(lái)看，天線技術(shù)未來(lái)的發(fā)展基本遵循以下幾個(gè)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(gè)基礎(chǔ)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(shí)現(xiàn)方式。第一種是通過(guò)優(yōu)化天線設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)服務(wù)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(wú)表面波寄生輻射、低VSWR的饋電網(wǎng)絡(luò)等途徑提高天線輻射效率，從而實(shí)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(biāo)不變，但是限于技術(shù)難度，體積下降程度有限，實(shí)現(xiàn)難度比較大而且成本較高。第二種實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)降低天線的增益來(lái)實(shí)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(huì)縮小一半，比較容易實(shí)現(xiàn)，但是小型化之后增益指標(biāo)的下降會(huì)限制天線的應(yīng)用范圍。為保證天線小型化后的性能滿足不

9、同場(chǎng)景的應(yīng)用需求，未來(lái)天線小型化技術(shù)應(yīng)在第一種實(shí)現(xiàn)方式上發(fā)展。 目前移動(dòng)通信天線通過(guò)第一種方式實(shí)現(xiàn)一定程度的小型化，業(yè)內(nèi)也有小型化天線的應(yīng)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(biāo)有待提高，工作頻段較窄。如果在網(wǎng)應(yīng)用，需要多個(gè)小型化天線同時(shí)工作才能全頻段覆蓋，這就失去了小型化的優(yōu)勢(shì)和意義。 未來(lái)運(yùn)營(yíng)商應(yīng)引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)力量，推動(dòng)天線后端設(shè)備充分一體化，達(dá)到利用環(huán)境實(shí)現(xiàn)美化和隱身要求，實(shí)現(xiàn)天面資源的真正節(jié)約和靈活的部署方式。在推動(dòng)天線小型化的同時(shí)，實(shí)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(lái)系統(tǒng)升級(jí)，充分體現(xiàn)小型化天線的優(yōu)勢(shì)。多制式天線 未來(lái)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(gè)制式，而且可以根據(jù)系統(tǒng)的不同要求實(shí)現(xiàn)每一個(gè)制式的獨(dú)立調(diào)節(jié)。多制式天線的應(yīng)用將節(jié)省建站成本和資源，靈活滿足每種制式的網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求。（2.2）多制式天線應(yīng)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(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)在天線內(nèi)部合理的放置輻射單元實(shí)現(xiàn)天線工作頻段的寬帶化，以及通過(guò)信號(hào)合路和分路實(shí)現(xiàn)不同頻段信號(hào)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(lái)，第三代移動(dòng)通信技術(shù)逐漸成為國(guó)內(nèi)外移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并迅速催生出第四代移動(dòng)通信技術(shù)，而智能天線智能天線正是第三代第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 智能天線采用空分復(fù)用(SDMA)，利用在信號(hào)傳播方向上的差別，將同頻率、同時(shí)隙的信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)。它可以成倍地?cái)U(kuò)展通信容量，并和其他復(fù)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(dòng)通信中，由于復(fù)雜的地形、建筑物結(jié)構(gòu)對(duì)電波傳播的影響，大