天線基本原理以及常用天線介紹

1、關(guān)于天線基本原理及常用天線介紹第1頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三一、天線的基本原理把從傳輸線上傳下來的電信號做為無線電波發(fā)射到空間.收集無線電波并產(chǎn)生電信號 1、什么是天線?第2頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三2、天線的作用 將傳輸線中的高頻電磁能 轉(zhuǎn)成為自由空間的電磁波，或反之將自由空間中的電磁波轉(zhuǎn)化為傳輸線中的高頻電磁能。因此，要了解天線的特性就必然需要了解自由空間中的電磁波及高頻傳輸線的一些相關(guān)的知識。第3頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三3、天線的工作頻率范圍(帶寬) 無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一

2、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。 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； 一種是指在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度。 在移動通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說，就是當天線的輸入駐波比1.5時，天線的工作帶寬。第4頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三在 820 MHz 1/2 波長 為 180mm, 在890 MHz 為 170mm 175mm對 850MHz 將是最佳的該天線的頻帶寬度 = 890 - 820 = 70MHz 當天線的工作波長不是最

3、佳時天線性能要下降在 850MHz 1/2 波長振子最佳在 890MHz天線振子在820MHz 在天線工作頻帶內(nèi),天線性能下降不多,仍然是可以接受的。第5頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三 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。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。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極化波。 無線電波的極化第6頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三垂直極化水平極化+ 45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向

4、- 45度傾斜的極化4、天線的極化第7頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三 兩個天線為一個整體V/H (垂直/水平)傾斜 (+/- 45) 傳輸兩個獨立的波雙極化天線第8頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三 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. 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。 天線輻射的方向性第9頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三天線的主要技術(shù)指標天線匹配指標駐波比1

5、.4隔離度30dB天線輻射特性指標增益15dBi,17dBi,18dBi主瓣波束寬度65度,90度第一副瓣抑制-18dB/-22dB前后比30dB交叉極化比軸向203015與國際接軌的天性輻射特性波束效率3dB 70%10dB96.5%雜散因子3dB 30%10dB3.5%第10頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三頂視側(cè)視5、方向圖 在地平面上，為了把信號集中到所需要的地方，要求把“面包圈” 壓成扁平的 一個單一的對稱振子具有“面包圈” 形的方向圖第11頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三在這兒增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd一個對

6、稱臺振子假設在接收機中有1mW功率 在陣中有4個對稱振子 在接收機中就有4 mW功率 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”第12頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三 在我們的“扇形覆蓋天線”中，反射面把功率聚焦到一個方向進一步提高了增益。這里, “扇形覆蓋天線” 與單個對稱振子相比的增益為10log(8mW/4mW) = 3dB “扇形覆蓋天線 ”將在接收機中有8mW功率 “全向陣” 例如在接收機中為4mW功率 (頂視)天線形成定向輻射的原理 反射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線第13頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三實測

7、三維方向圖yxzrO觀察點前后第14頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三6、前后比 方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。它大，天線定向接收性能就好?；景氩ㄕ褡犹炀€的前后比為，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。前向功率后向功率以dB表示的前后比 = 10 log 典型值為 25dB 左右目的是有一個盡可能小的反向功率(前向功率)(反向功率)第15頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三 7、波束寬度方位即水平面方向圖120 (eg)峰值 - 10dB點 - 10dB點10dB 波束寬度60 (eg)峰值 - 3dB點 - 3dB點3

8、dB 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，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，則方向性越好，抗干擾能力越強。第16頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三方向圖旁瓣顯示上旁瓣抑制下旁瓣抑制第17頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三 (1)水平方向圖的波束寬度與覆蓋區(qū)域面積有關(guān) 8、方向圖在移動組網(wǎng)中的應用（2）垂

9、直方向圖的波束寬度決定區(qū)域內(nèi)功率的分布第18頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三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。七.天線的增益 9、增益的定義第19頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三例：在單射線模條件下，路損變化對覆蓋距離的關(guān)系，可算出：增益（dB）覆蓋距離（d1/d2）11.1221.2631.4141.5851.7862第20頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三 全向天線增益與垂直波

10、瓣寬度第21頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三 10、 天線增益與方向圖的關(guān)系 一般說來，天線的主瓣波束寬度越窄，天線增益越高。當旁瓣電平及前后比正常的情況下，可用下式近似表示反射面天線，則由于有效照射效率因素的影響，故第22頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三 11、駐波比 傳輸線的特性阻抗 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 。138/rlog(D/d)歐姆。 通常。=50歐姆/或75歐姆 式中，D為同軸電纜外導體內(nèi)徑； d為其芯線外徑； r為導體間絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)。 由上式不難看出，饋線特性

11、阻抗與導體直徑、導體間距和導體間介質(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)。第23頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三 當饋線和天線匹配時，高頻能量全部被負載吸收，饋線上只有入射波，沒有反射波。饋線上傳輸?shù)氖切胁?，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。 9.5 W80 ohms50 ohms朝前: 10W返回: 0.5W這里的反射損耗為 10log(10/

12、0.5) = 13dB VSWR 是反射損耗的另一種計量反射系數(shù)、駐波系數(shù)與回波損耗第24頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三 在不匹配的情況下,饋線上同時存在入射波和反射波。兩者疊加，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減為最小，形成波節(jié)。其它各點的振幅則介于波幅與波節(jié)之間。這種合成波稱為駐波。反射波和入射波幅度之比叫作反射系數(shù)。 反射波幅度 （L。） 反射系數(shù) 入射波幅度 （L。） 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(VSWR) 駐波波腹電壓幅度最大值max （1+） 駐波系數(shù) 駐波波節(jié)電

13、壓輻度最小值min （1-） 終端負載阻抗和特性阻抗越接近，反射系數(shù)越小，駐波系數(shù)越接近于，匹配也就越好。第25頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三電壓駐波比（VSWR）對網(wǎng)絡的影響：VSWR 反射功率比 輻射功率減少 減少百分比 3.0 25% 2.15dB 40% 2.0 11% 0.86dB 18% 1.8 8% 0.67dB 14% 1.5 4% 0.36dB 8.0% 1.4 2.8% 0.21dB 4.7% 1.3 1.7% 0.13dB 2.9% 1.2 0.8% 0.07dB 1.1%第26頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三 多徑傳

14、播與反射第27頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三 用分集接收改善信號電平第28頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三 由于地理環(huán)境差異很大，因此，需要各種類型的天線，如何選擇天線，是網(wǎng)絡規(guī)劃設計的一項重要工作?；咎炀€的分類1、常規(guī)天線 1）、HTQ-0809-11（0、3、5、7） 2）、HTDB08096518（0、3、6、9） 3）、HTDBS 0809 6590 15/17/18dB（0、3、6、9） 4）、HTDBSS 080918 6565 151718（0、3、6、9） 5）、HTDTBS080918 65 151718 二、幾種常用天

15、線的介紹第29頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三 2、特型天線賦形天線 HTDBFS096515預制下傾天線HTDBS08096515、18（3、6、9）公路雙向天線 HTSX08、09、70、14公路兼鎮(zhèn)天線 HTD08、09、210、13窄波束高增益天線 HTDBS08093021連續(xù)電可調(diào)傾角天線 HTDTBS0965151718雙頻雙極化電調(diào)天線HTDTBS080918 6565 151718電調(diào)雙天線：HTDTBSS17211721 6565 1818電調(diào)雙波束天線：HTDTBSS172117213030 2020電調(diào)多頻天線：HTDTBSSS080917181921656565171717第30頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期三2、多頻天線 多頻天線主要是指在一個天線頻段內(nèi)包含三個及三個以上工作頻段（不同制式）的寬頻天線。正如前邊所介紹的：806869824896 806960MHz 一副天線8709601710188018501990 17102170MHz 一副天線19202170第31頁，共34頁，2022年，5月20日，20點10分，星期