信息科學(xué)與電子工程專業(yè)英語(yǔ)Lecture03-n課件

1任愛(ài)鋒電子工程學(xué)院

E-mail:afren@Office:新科技樓A901Phone:88202830-607Mobile:133849195991任愛(ài)鋒12Unit3電磁場(chǎng),天線和微波

EMFields,AntennaandMicrowavesUnit3-1電磁場(chǎng)ElectromagneticField2Unit3電磁場(chǎng),天線和微波

EMFields,23NewWords3NewWords34Theelectromagneticfieldisaphysicalfieldproducedbyelectricallychargedobjects.Itaffectsthebehaviorofchargedobjectsinthevicinityofthefield.Theelectromagneticfieldextendsindefinitelythroughoutspaceanddescribestheelectromagneticinteraction.Itisoneofthefourfundamentalforcesinthenature(theothersaregravitation,theweakinteraction,andthestronginteraction)電磁場(chǎng)是由帶電物體產(chǎn)生的物理場(chǎng)。它會(huì)影響場(chǎng)附近的帶電物體的行為。電磁場(chǎng)在空間無(wú)限延伸，描述電磁相互作用。它是自然界中四個(gè)基本作用力之一（其余為萬(wàn)有引力，弱相互作用，強(qiáng)相互作用）。Unit3-1電磁場(chǎng)4Theelectromagneticfieldis45Thefieldcanbeviewedasthecombinationofanelectricfieldandamagneticfield.Theelectricfieldisproducedbystationarycharges,andthemagneticfieldbymovingcharges(currents);thesetwoareoftendescribedasthesourcesofthefield.ThewayinwhichchargesandcurrentsinteractwiththeelectromagneticfieldisdescribedbyMaxwell’sequationsandtheLorentzforcelaw.

電磁場(chǎng)可以看成是電場(chǎng)和磁場(chǎng)的結(jié)合。電場(chǎng)是由靜止電荷產(chǎn)生的，磁場(chǎng)由運(yùn)動(dòng)電荷（電流）產(chǎn)生；這兩種（電荷）通常被描述為電磁場(chǎng)的源。電荷和電流與電磁場(chǎng)相互作用的方式由麥克斯韋方程組和洛倫茲力定律所描述。Unit3-1電磁場(chǎng)5Thefieldcanbeviewedasth56Fromaclassicalpointofview,theelectromagneticfieldcanberegardedasasmooth,continuousfield,propagatedinawavelikemanner,whereasfromaquantummechanicalpointofview,thefieldcanbeviewedasbeingcomposedofphotons.從經(jīng)典的角度，電磁場(chǎng)可認(rèn)為是平滑、連續(xù)的場(chǎng)，以波動(dòng)方式傳播；而從量子力學(xué)的角度，場(chǎng)可看作是由光子組成的。Unit3-1電磁場(chǎng)6Fromaclassicalpointofvie67Theelectromagneticfieldmaybeviewedintwodistinctways.Continuousstructure:Classically,electricandmagneticfieldsarethoughtofasbeingproducedbysmoothmotionsofchargedobjects.Forexample,oscillatingchargesproduceelectricandmagneticfieldsthatmaybeviewedina“smooth”,continuous,wavelikemanner.

電磁場(chǎng)可用兩種截然不同的觀點(diǎn)來(lái)看。連續(xù)結(jié)構(gòu)：經(jīng)典地，電場(chǎng)和磁場(chǎng)被認(rèn)為是由帶電物體的平滑運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。例如，振蕩電荷產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)，可看成光滑的、連續(xù)的波動(dòng)方式。Unit3-1電磁場(chǎng)——電磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)7Theelectromagneticfieldmay78Inthiscase,energyisviewedasbeingtransferredcontinuouslythroughtheelectromagneticfieldbetweenanytwolocations.Forinstance,themetalatomsinaradiotransmitterappeartotransferenergycontinuously.Thisviewisusefultoacertainextent(radiationoflowfrequency),butproblemsarefoundathighfrequencies(seeultravioletcatastrophe).Thisproblemleadstoanotherview.這時(shí)，能量可以看成是在任意兩個(gè)位置之間通過(guò)電磁場(chǎng)連續(xù)地傳遞。例如，在無(wú)線電發(fā)射機(jī)中的金屬原子（看來(lái)是）連續(xù)地傳遞能量。這個(gè)觀點(diǎn)在一定程度上（低頻輻射）是有用的，但是高頻時(shí)就有問(wèn)題（如紫外災(zāi)難）。由此產(chǎn)生了另一種觀點(diǎn)。Unit3-1電磁場(chǎng)——電磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)Theultravioletcatastrophe,alsocalledtheRayleigh-Jeanscatastrophe,wasapredictionofearly20thcenturyclassicalphysicsthatanidealblackbodyatthermalequilibriumwillemitradiationwithinfinitepower.8Inthiscase,energyisviewe89Discretestructure:Theelectromagneticfieldmaybethoughtofinamore“coarse”way.Experimentsrevealthatelectromagneticenergytransferisbetterdescribedasbeingcarriedawayinphotonswithafixedfrequency.Planck’srelationlinkstheenergyEofaphotontoitsfrequencyn

throughtheequation:

E=hn離散結(jié)構(gòu)：電磁場(chǎng)可以一種比較“粗略”的方式來(lái)考慮。實(shí)驗(yàn)表明：電磁場(chǎng)的能量傳遞可以更好地描述為用固定頻率的光子來(lái)傳遞。普朗克的關(guān)系式將光子的能量E及其頻率v

通過(guò)下式聯(lián)系起來(lái)：E=hnUnit3-1電磁場(chǎng)——電磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)9Discretestructure:Theelect910wherehisPlanck’sconstant,namedinhonorofMaxPlanck,andnisthefrequencyofthephoton.Forexample,inthephotoelectriceffect–theemissionofelectronsfrommetallicsurfacesbyelectromagneticradiation–itisfoundthatincreasingtheintensityoftheincidentradiationhasnoeffect,andthatonlythefrequencyoftheradiationisrelevantinejectingelectrons.1其中h是為紀(jì)念馬克斯普朗克而命名的普朗克常量。v是光子的頻率。例如在光電效應(yīng)中，即因電磁輻射而從金屬表面發(fā)射電子的現(xiàn)象，我們發(fā)現(xiàn)增加入射輻射的強(qiáng)度并無(wú)影響，只有輻射頻率與發(fā)射的電子有關(guān)。Unit3-1電磁場(chǎng)——電磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)10wherehisPlanck’sconstant1011Thisquantumpictureoftheelectromagneticfieldhasprovedverysuccessful,givingrisetoquantumelectrodynamics,aquantumfieldtheorydescribingtheinteractionofelectromagneticradiationwithchargedmatter.已經(jīng)證明電磁場(chǎng)的量子描述是非常成功的，引出了量子電動(dòng)力學(xué)。量子電動(dòng)力學(xué)是一種描述電磁輻射與帶電物體之間相互作用的量子場(chǎng)理論。Unit3-1電磁場(chǎng)——電磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)11Thisquantumpictureofthe1112Inthepast,electricallychargedobjectswerethoughttoproducetwotypesoffieldassociatedwiththeirchargeproperty.Anelectricfieldisproducedwhenthechargeisstationarywithrespecttoanobservermeasuringthepropertiesofthechargeandamagneticfield(aswellasanelectricfield)isproducedwhenthechargemoves(creatinganelectriccurrent)withrespecttothisobserver.

過(guò)去，認(rèn)為帶電物體會(huì)產(chǎn)生與它們電荷性質(zhì)有關(guān)的兩種場(chǎng)。相對(duì)于測(cè)量電荷性質(zhì)的觀察者，電荷靜止時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng)，電荷運(yùn)動(dòng)（產(chǎn)生電流）時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)（和電場(chǎng)）。Unit3-1電磁場(chǎng)——電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)(Dynamicsoftheelectromagneticfield)12Inthepast,electricallych1213Overtime,itwasrealizedthattheelectricandmagneticfieldsarebetterthoughtofastwopartsofagreaterwhole–theelectromagneticfield.2隨著時(shí)間的推移，人們認(rèn)識(shí)到電場(chǎng)和磁場(chǎng)是電磁場(chǎng)這一整體的兩個(gè)部分。Unit3-1電磁場(chǎng)——電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)(Dynamicsoftheelectromagneticfield)13Overtime,itwasrealizedt1314Oncethiselectromagneticfieldhasbeenproducedfromagivenchargedistribution,otherchargedobjectsinthisfieldwillexperienceaforce(inasimilarwaythatplanetsexperienceaforceinthegravitationalfieldoftheSun).Iftheseotherchargesandcurrentsarecomparableinsizetothesourcesproducingtheaboveelectromagneticfield,thenanewnetelectromagneticfieldwillbeproduced.3

一旦給定的電荷分布產(chǎn)生了電磁場(chǎng)，那么在電磁場(chǎng)中的其它帶電物體就會(huì)受到一個(gè)力的作用（就像行星受到太陽(yáng)重力場(chǎng)的力一樣）。如果這些電荷和電流的大小與產(chǎn)生上述電磁場(chǎng)的源是可比的，那么將產(chǎn)生一個(gè)新的凈電磁場(chǎng)。Unit3-1電磁場(chǎng)——電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)(Dynamicsoftheelectromagneticfield)14Oncethiselectromagneticfi1415Thus,theelectromagneticfieldmaybeviewedasadynamicentitythatcausesotherchargesandcurrentstomove,andwhichisalsoaffectedbythem.TheseinteractionsaredescribedbyMaxwell’sequationsandtheLorentzforcelaw.這樣，電磁場(chǎng)可以認(rèn)為是一個(gè)動(dòng)力學(xué)實(shí)體，它促使其它電荷和電流運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又受它們影響。這些相互作用可由麥克斯韋方程和洛倫茲力定律來(lái)描述。Unit3-1電磁場(chǎng)——電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)(Dynamicsoftheelectromagneticfield)15Thus,theelectromagneticfi1516Unit3電磁場(chǎng),天線和微波

EMFields,AntennaandMicrowavesUnit3-2微帶天線MicrostripAntenna16Unit3電磁場(chǎng),天線和微波

EMFields,1617NewWords17NewWords1718NewWords18NewWords1819Intelecommunication,thereareseveraltypesofmicrostripantennas(alsoknownasprintedantennas)themostcommonofwhichisthemicrostrippatchantennaorpatchantenna.Apatchantennaisanarrowband,wide-beamantennafabricatedbyetchingtheantennaelementpatterninmetaltracebondedtoaninsulatingdielectricsubstratewithacontinuousmetallayerbondedtotheoppositesideofthesubstratewhichformsagroundplane.1

通信中，有幾種微帶天線（又叫印刷天線），其中最普通的是微帶片狀天線或片狀天線。片狀天線是一種窄帶寬波束的天線，通過(guò)將天線單元圖樣蝕刻到粘貼在絕緣基底上的金屬軌跡而制成，基底的另一面則粘貼連續(xù)的金屬層形成接地平面。Unit3-2微帶天線19Intelecommunication,there1920Commonmicrostripantennaradiatorshapesaresquare,rectangular,circularandelliptical,butanycontinuousshapeispossible.Somepatchantennaseschewadielectricsubstrateandsuspendametalpatchinairaboveagroundplaneusingdielectricspacers;theresultingstructureislessrobustbutprovidesbetterbandwidth.

通常微帶天線輻射器的形狀有正方形的，矩形的，圓形的和橢圓的，而任何連續(xù)的形狀都是可以。一些片狀天線為了避免絕緣基底，在接地平面的上空用絕緣逆電流器懸掛一個(gè)金屬貼片；這種結(jié)構(gòu)的魯棒性不是很好，但能提供更好的帶寬。Unit3-2微帶天線20Commonmicrostripantennara2021Becausesuchantennashaveaverylowprofile,aremechanicallyruggedandcanbeconformable,theyareoftenmountedontheexteriorofaircraftandspacecraft,orareincorporatedintomobileradiocommunicationsdevices.2因?yàn)檫@種天線外形低矮，機(jī)械強(qiáng)度大，并且形狀上適應(yīng)性強(qiáng)，通常裝在飛機(jī)或太空飛行器外表，或組合在移動(dòng)無(wú)線電通信設(shè)備上。Unit3-2微帶天線21Becausesuchantennashavea2122Microstripantennasarealsorelativelyinexpensivetomanufactureanddesignbecauseofthesimple2-dimensionalphysicalgeometry.TheyareusuallyemployedatUHFandhigherfrequenciesbecausethesizeoftheantennaisdirectlytiedtothewavelengthattheresonantfrequency.Asinglepatchantennaprovidesamaximumdirectivegainofaround6-9dBi.因?yàn)槠浜?jiǎn)單的二維形狀，所以微帶天線的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)不算太貴。微帶天線通常用于UHF（超高頻）和更高的頻率，因?yàn)樘炀€的尺寸直接受制于諧振頻率的波長(zhǎng)。一個(gè)簡(jiǎn)單的片狀天線可以提供最大為6~9dBi的定向增益。Unit3-2微帶天線dBi:decibelisotropic,theforwardgainofanantennacomparedwiththeisotropicantenna,whichuniformlydistributesenergyinalldirections.22Microstripantennasarealso2223

Itisrelativelyeasytoprintanarrayofpatchesonasingle(large)substrateusinglithographictechniques.Patcharrayscanprovidemuchhighergainsthanasinglepatchatlittleadditionalcost;matchingandphaseadjustmentcanbeperformedwithprintedmicrostripfeedstructures,againinthesameoperationsthatformtheradiatingpatches.

通過(guò)平板印刷技術(shù)我們很容易在單個(gè)大絕緣體上印刷貼片陣列。以很少的額外成本，貼片陣列比單個(gè)貼片能提供更高的增益，用形成輻射電波的片狀微帶天線的同樣機(jī)理，可對(duì)印刷微帶天線的饋電結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配和相位調(diào)節(jié)。Unit3-2微帶天線23Itisrelativelyeasytopr2324Theabilitytocreatehighgainarraysinalow-profileantennaisonereasonthatpatcharraysarecommononairplanesandinothermilitaryapplications.以低矮的天線構(gòu)成高增益陣列的能力是片狀天線廣泛用于飛機(jī)和其他軍事應(yīng)用的原因之一。Unit3-2微帶天線24Theabilitytocreatehighg2425Themostcommonlyemployedmicrostripantennaisarectangularpatch.Therectangularpatchantennaisapproximatelyaone-halfwavelengthlongsectionofrectangularmicrostriptransmissionline.Whenairistheantennasubstrate,thelengthoftherectangularmicrostripantennaisapproximatelyone-halfofafree-spacewavelength.最普遍應(yīng)用的微帶天線是矩形貼片。矩形貼片天線長(zhǎng)近似為矩形微帶傳輸線的一段，其長(zhǎng)度等于半波長(zhǎng)。當(dāng)空氣作為天線基底時(shí)，矩形微帶天線的長(zhǎng)度大約為自由空間波長(zhǎng)的一半。Unit3-2微帶天線25Themostcommonlyemployedm2526Sincetheantennaisloadedwithadielectricasitssubstrate,thelengthoftheantennadecreasesastherelativedielectricconstantofthesubstrateincreases.Theresonantlengthoftheantennaisslightlyshorterbecauseoftheextendedelectric“fringingfields”whichincreasetheelectricallengthoftheantennaslightly.

因?yàn)樘炀€是負(fù)載絕緣體作為它的基底，所以天線的長(zhǎng)度會(huì)隨著基底的相對(duì)介電常數(shù)的增加而減小。天線的諧振長(zhǎng)度略短一些，這是因?yàn)椤斑吘増?chǎng)”稍微增加了天線的電氣長(zhǎng)度。Unit3-2微帶天線Fringingfields:theelectricfieldsproducedbyscatteredelectronsinanelectronmicroscope.26Sincetheantennaisloaded2627Anearlymodelofthemicrostripantennaisasectionofmicrostriptransmissionlinewithequivalentloadsoneitherendtorepresenttheradiationloss.微帶天線的一個(gè)早期模型是一段微帶傳輸線，在一端具有等效負(fù)載，代表輻射損耗。Unit3-2微帶天線27Anearlymodelofthemicros2728Thedielectricloadingofamicrostripantennaaffectsbothitsradiationpatternandimpedancebandwidth.Asthedielectricconstantofthesubstrateincreases,theantennabandwidthdecreaseswhichincreasestheQfactoroftheantennaandthereforedecreasestheimpedancebandwidth.3

微帶天線的介電負(fù)載影響天線的輻射模式和阻抗帶寬。隨著基底介電常數(shù)的增大，天線的帶寬減小，其Q值提高，因而阻抗帶寬減小。Unit3-2微帶天線28Thedielectricloadingofa2829Thisrelationshipdidnotimmediatelyfollowwhenusingthetransmissionlinemodeloftheantenna,butisapparentwhenusingthecavitymodelwhichwasintroducedinthelate1970s.Theradiationfromarectangularmicrostripantennamaybeunderstoodasapairofequivalentslots.當(dāng)使用天線的傳輸線模型時(shí)這種情況并沒(méi)有發(fā)生，到了七十年代后期出現(xiàn)空腔模型時(shí)這種情況就顯現(xiàn)出來(lái)了。Unit3-2微帶天線29Thisrelationshipdidnotim2930Theseslotsactasanarrayandhavethehighestdirectivitywhentheantennahasanairdielectricanddecreasesastheantennaisloadedbymaterialwithincreasingrelativedielectricconstant.矩形微帶天線的輻射可以理解為一對(duì)等效的狹縫。這些狹縫就像一個(gè)陣列，當(dāng)天線使用空氣電介質(zhì)時(shí)方向性最好，但是當(dāng)天線的負(fù)載材料的相對(duì)介電常數(shù)增加時(shí)方向性會(huì)減弱。Unit3-2微帶天線30Theseslotsactasanarray3031Anadvantageinherenttopatchantennasistheabilitytohavepolarizationdiversity.Patchantennascaneasilybedesignedtohavevariouspolarizations,usingmultiplefeedpoints,orasinglefeedpointwithasymmetricpatchstructures.4Thisuniquepropertyallowspatchantennastobeusedinmanytypesofcommunicationslinksthatmayhavevariedrequirements.貼片天線固有的優(yōu)點(diǎn)是能有極化分集。片狀天線能很容易地通過(guò)多個(gè)饋點(diǎn)或在非對(duì)稱片結(jié)構(gòu)上采用單一饋點(diǎn)設(shè)計(jì)成具有各種極化特性。這個(gè)獨(dú)特的性質(zhì)使得貼片天線應(yīng)用于有不同需求的通信鏈接的許多領(lǐng)域。Unit3-2微帶天線31Anadvantageinherenttopat3132Thehalf-waverectangularmicrostripantennahasavirtualshortingplanealongitscenter.Thismaybereplacedwithaphysicalshoringplanetocreateaquarter-wavelengthmicrostripantenna.Thisissometimescalledahalf-patch.半波矩形微帶天線沿其中心有一個(gè)虛擬短路平面。用物理短路平面替代上述虛擬短路平面就可以做成四分之一波長(zhǎng)微帶天線。有時(shí)稱四分之一波長(zhǎng)微帶天線為半貼片。Unit3-2微帶天線32Thehalf-waverectangularmi3233Theantennaonlyhasasingleradiationedge(equivalentslot)whichlowersthedirectivity/gainoftheantenna.Theimpedancebandwidthisslightlylowerthanahalf-wavelengthfullpatchasthecouplingbetweenradiatingedgeshasbeeneliminated.這種天線只有單一的輻射邊緣（等效狹縫），因此會(huì)降低天線的方向性/增益。由于沒(méi)有輻射邊緣之間的耦合，所以阻抗帶寬也比半波長(zhǎng)全貼片窄。Unit3-2微帶天線33Theantennaonlyhasasingl33天線與電波傳播天線與電波傳播34天線1.1天線的作用與地位無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)功率，通過(guò)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(diǎn)后，由天線接下來(lái)（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過(guò)饋線送到無(wú)線電接收機(jī)?？梢?jiàn)，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個(gè)重要的無(wú)線電設(shè)備，沒(méi)有天線也就沒(méi)有無(wú)線電通信。天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場(chǎng)合、不同要求等不同情況下使用。對(duì)于眾多品種的天線，進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸愂潜匾模喊从猛痉诸惪煞譃橥ㄐ盘炀€、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；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.天線的基本知識(shí)天線天線的基本知識(shí)35*

電磁波的輻射

導(dǎo)線上有交變電流流動(dòng)時(shí)，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)度和形狀有關(guān)。如圖1.1a所示，若兩導(dǎo)線的距離很近，電場(chǎng)被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開(kāi)，如圖1.1b所示，電場(chǎng)就散播在周圍空間，因而輻射增強(qiáng)。必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度L遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)λ時(shí)，輻射很微弱；導(dǎo)線的長(zhǎng)度L增大到可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。天線的基本知識(shí)圖1.1a圖1.1b*電磁波的輻射天線的基本知識(shí)圖1.1a圖1.1b361.2對(duì)稱振子對(duì)稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個(gè)半波對(duì)稱振子可簡(jiǎn)單地單獨(dú)立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個(gè)半波對(duì)稱振子組成天線陣。兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱振子。每臂長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)、全長(zhǎng)為二分之一波長(zhǎng)的振子，稱半波對(duì)稱振子,見(jiàn)圖1.2a。另外，還有一種異型半波對(duì)稱振子，可看成是將全波對(duì)稱振子折合成一個(gè)窄長(zhǎng)的矩形框，并把全波對(duì)稱振子的兩個(gè)端點(diǎn)相疊，這個(gè)窄長(zhǎng)的矩形框稱為折合振子，注意，折合振子的長(zhǎng)度也是為二分之一波長(zhǎng)，故稱為半波折合振子,見(jiàn)圖1.2b。天線的基本知識(shí)1/4波長(zhǎng)對(duì)稱振子1/4波長(zhǎng)1/2波長(zhǎng)圖1.2a圖1.2b1.2對(duì)稱振子天線的基本知識(shí)1/4波長(zhǎng)對(duì)稱振子1/4波371.3天線方向性的討論1.3.1天線方向性發(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方向輻射。垂直放置的半波對(duì)稱振子具有平放的“面包圈”形的立體方向圖（圖1.3.1a）。立體方向圖雖然立體感強(qiáng)，但繪制困難，圖1.3.1b與圖1.3.1c給出了它的兩個(gè)主平面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。從圖1.3.1b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上；而從圖1.3.1c可以看出，在水平面上各個(gè)方向上的輻射一樣大。天線的基本知識(shí)圖1.3.1c水平面方向圖圖1.3.1b垂直面方向圖圖1.3.1a立體方向圖1.3天線方向性的討論天線的基本知識(shí)圖1.3.1c38天線的基本知識(shí)1.3.2天線方向性增強(qiáng)若干個(gè)對(duì)稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈”，把信號(hào)進(jìn)一步集中到在水平面方向上。下圖是4個(gè)半波對(duì)稱振子沿垂線上下排列成一個(gè)垂直四元陣時(shí)的立體方向圖和垂直面方向圖。垂直面方向圖立體方向圖天線的基本知識(shí)1.3.2天線方向性增強(qiáng)垂直面方向圖立39也可以利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向平面反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形區(qū)覆蓋天線。下面的水平面方向圖說(shuō)明了反射面的作用------反射面把功率反射到單側(cè)方向，提高了增益。天線的基本知識(shí)全向陣（垂直陣列不帶平面反射板）

拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學(xué)中的探照燈那樣，把能量集中到一個(gè)小立體角內(nèi)，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構(gòu)成包括兩個(gè)基本要素：拋物反射面和放置在拋物面焦點(diǎn)上的輻射源。扇形區(qū)覆蓋（垂直陣列帶平面反射板）平面反射板也可以利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向天線的基本知識(shí)全向陣40天線的基本知識(shí)1.3.3增益增益是指：在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高?？梢赃@樣來(lái)理解增益的物理含義------為在一定的距離上的某點(diǎn)處產(chǎn)生一定大小的信號(hào)，如果用理想的無(wú)方向性點(diǎn)源作為發(fā)射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為G=13dB=20的某定向天線作為發(fā)射天線時(shí)，輸入功率只需100/20=5W.換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來(lái)說(shuō)，與無(wú)方向性的理想點(diǎn)源相比，把輸入功率放大的倍數(shù)。半波對(duì)稱振子的增益為G=2.15dBi;4個(gè)半波對(duì)稱振子沿垂線上下排列，構(gòu)成一個(gè)垂直四元陣，其增益約為G=8.15dBi(dBi這個(gè)單位表示比較對(duì)象是各向均勻輻射的理想點(diǎn)源)。如果以半波對(duì)稱振子作比較對(duì)象，則增益的單位是dBd.半波對(duì)稱振子的增益為G=0dBd（因?yàn)槭亲约焊约罕?，比值?，取對(duì)數(shù)得零值。）；垂直四元陣，其增益約為G=8.15–2.15=6dBd.天線的基本知識(shí)1.3.3增益41

1.3.4波瓣寬度

方向圖通常都有兩個(gè)或多個(gè)瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。參見(jiàn)圖1.3.4a,在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低3dB（功率密度降低一半）的兩點(diǎn)間的夾角定義為波瓣寬度（又稱波束寬度

或主瓣寬度

或半功率角）。波瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。

還有一種波瓣寬度，即10dB波瓣寬度，顧名思義它是方向圖中輻射強(qiáng)度降低10dB（功率密度降至十分之一）的兩個(gè)點(diǎn)間的夾角，見(jiàn)圖1.3.4b.天線的基本知識(shí)3dB波瓣寬度

-3dB點(diǎn)

-3dB點(diǎn)10dB波瓣寬度

-10dB點(diǎn)

-10dB點(diǎn)峰值方向（最大輻射方向）圖1.3.4a圖1.3.4b峰值方向（最大輻射方向）1.3.4波瓣寬度天線的基本知識(shí)3dB波瓣寬度42

天線的基本知識(shí)1.3.5前后比

方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為F/B。前后比越大，天線的后向輻射（或接收）越小。前后比F/B的計(jì)算十分簡(jiǎn)單------

F/B

=10Lg{（前向功率密度）/（后向功率密度）}

對(duì)天線的前后比F/B有要求時(shí)，其典型值為（18

~30）dB，特殊情況下則要求達(dá)（35

~40）dB.

天線的基本知識(shí)1.3.5前后比43

1.3.6天線增益的若干近似計(jì)算式1）天線主瓣寬度越窄，增益越高。對(duì)于一般天線，可用下式估算其增益：G（dBi）=10Lg{32000/（2θ3dB,E×2θ3dB,H）}式中，2θ3dB,E與2θ3dB,H分別為天線在兩個(gè)主平面上的波瓣寬度；32000是統(tǒng)計(jì)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2）對(duì)于拋物面天線，可用下式近似計(jì)算其增益：G（dBi）=10Lg{4.5×（D/λ0）2}式中，D為拋物面直徑；λ0為中心工作波長(zhǎng)；4.5是統(tǒng)計(jì)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3）對(duì)于直立全向天線，有近似計(jì)算式G（dBi）=10Lg{2L/λ0}式中，L為天線長(zhǎng)度；λ0為中心工作波長(zhǎng)；天線的基本知識(shí)1.3.6天線增益的若干近似計(jì)算式天線的基本知識(shí)44

1.3.7上旁瓣抑制

對(duì)于基站天線，人們常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向圖中，主瓣上方第一旁瓣盡可能弱一些。這就是所謂的上旁瓣抑制?；镜姆?wù)對(duì)象是地面上的移動(dòng)電話用戶，指向天空的輻射是毫無(wú)意義的。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)451.3.8天線的下傾

為使主波瓣指向地面，安置時(shí)需要將天線適度下傾。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)46垂直極化1.4天線的極化

天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。人們規(guī)定：電場(chǎng)的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化---是最常用的；水平極化---也是要被用到的。天線的基本知識(shí)水平極化EE垂直極化1.4天線的極化天線的基本知識(shí)水平極化EE47垂直極化1.4.1雙極化天線

下圖示出了另兩種單極化的情況：+45°極化與-45°極化，它們僅僅在特殊場(chǎng)合下使用。這樣，共有四種單極化了，見(jiàn)下圖。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°極化和-45°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。天線的基本知識(shí)水平極化+45°極化-45°極化EEEE垂直極化1.4.1雙極化天線天線的基本知識(shí)水平極化+448

下圖示出了兩個(gè)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(gè)接頭。雙極化天線輻射（或接收）兩個(gè)極化在空間相互正交（垂直）的波。天線的基本知識(shí)V/H（垂直/水平）型雙極化+45°/-45°型雙極化天線的基本知識(shí)V/H（垂直/水平）型雙極化+45°491.4.2極化損失垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來(lái)接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線來(lái)接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來(lái)接收，而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來(lái)接收。當(dāng)來(lái)波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，接收到的信號(hào)都會(huì)變小，也就是說(shuō)，發(fā)生極化損失。例如：當(dāng)用+45°極化天線接收垂直極化或水平極化波時(shí)，或者，當(dāng)用垂直極化天線接收+45°極化或-45°極化波時(shí)，等等情況下，都要產(chǎn)生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極化損失------只能接收到來(lái)波的一半能量。當(dāng)接收天線的極化方向與來(lái)波的極化方向完全正交時(shí)，例如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來(lái)波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來(lái)波時(shí)，天線就完全接收不到來(lái)波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離。天線的基本知識(shí)1.4.2極化損失天線的基本知識(shí)501.4.3極化隔離

理想的極化完全隔離是沒(méi)有的。饋送到一種極化的天線中去的信號(hào)多少總會(huì)有那么一點(diǎn)點(diǎn)在另外一種極化的天線中出現(xiàn)。例如下圖所示的雙極化天線中，設(shè)輸入垂直極化天線的功率為10W，結(jié)果在水平極化天線的輸出端測(cè)得的輸出功率為10mW。天線的基本知識(shí)垂直極化，10W水平極化，10mW在這種情況下的極化隔離為X=10Lg

(10,000mW/10mW)=10Lg

(1000)=30（dB）1.4.3極化隔離天線的基本知識(shí)垂直極化，10W水平511.5天線的輸入阻抗Zin定義：天線輸入端信號(hào)電壓與信號(hào)電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗具有電阻分量Rin和電抗分量Xin，即Zin=

Rin+

j

Xin。電抗分量的存在會(huì)減少天線從饋線對(duì)信號(hào)功率的提取，因此，必須使電抗分量盡可能為零，也就是應(yīng)盡可能使天線的輸入阻抗為純電阻。事實(shí)上，即使是設(shè)計(jì)、調(diào)試得很好的天線，其輸入阻抗中總還含有一個(gè)小的電抗分量值。輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)、尺寸以及工作波長(zhǎng)有關(guān)，半波對(duì)稱振子是最重要的基本天線，其輸入阻抗為Zin=73.1＋ｊ42.5(歐)。當(dāng)把其長(zhǎng)度縮短（３～５）％時(shí)，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，此時(shí)的輸入阻抗為Zin=73.1(歐),（標(biāo)稱75歐）。注意，嚴(yán)格的說(shuō)，純電阻性的天線輸入阻抗只是對(duì)點(diǎn)頻而言的。順便指出，半波折合振子的輸入阻抗為半波對(duì)稱振子的四倍，即Zin=280(歐),（標(biāo)稱300歐）。有趣的是，對(duì)于任一天線，人們總可通過(guò)天線阻抗調(diào)試，在要求的工作頻率范圍內(nèi)，使輸入阻抗的虛部很小且實(shí)部相當(dāng)接近50歐，從而使得天線的輸入阻抗為Zin=

Rin=

50歐------這是天線能與饋線處于良好的阻抗匹配所必須的。天線的基本知識(shí)1.5天線的輸入阻抗Zin天線的基本知識(shí)521.6天線的工作頻率范圍（頻帶寬度）

無(wú)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（頻帶寬度）內(nèi)工作的，天線的頻帶寬度有兩種不同的定義------一種是指：在駐波比SWR≤1.5條件下，天線的工作頻帶寬度；一種是指：天線增益下降3分貝范圍內(nèi)的頻帶寬度。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具體的說(shuō)，天線的頻帶寬度就是天線的駐波比SWR不超過(guò)1.5時(shí)，天線的工作頻率范圍。一般說(shuō)來(lái)，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個(gè)頻率點(diǎn)上,天線性能是有差異的，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。天線的基本知識(shí)1.6天線的工作頻率范圍（頻帶寬度）天線的基本知識(shí)531.7移動(dòng)通信常用的基站天線、直放站天線與室內(nèi)天線1.7.1板狀天線天線的基本知識(shí)

無(wú)論是GSM還是CDMA，板狀天線是用得最為普遍的一類極為重要的基站天線。這種天線的優(yōu)點(diǎn)是：增益高、扇形區(qū)方向圖好、后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封性能可靠以及使用壽命長(zhǎng)。板狀天線也常常被用作為直放站的用戶天線，根據(jù)作用扇形區(qū)的范圍大小，應(yīng)選擇相應(yīng)的天線型號(hào)。1.7移動(dòng)通信常用的基站天線、直放站天線與室內(nèi)天線天541.7.1a基站板狀天線基本技術(shù)指標(biāo)示例天線的基本知識(shí)頻率范圍頻帶寬度增益極化標(biāo)稱阻抗電壓駐波比半功率波束寬度前后比下傾角（可調(diào)）垂直面上旁瓣抑制824-960MHz70MHz14~17dBi垂直50Ohm≤1.4>25dB3~8°水平面60°~120°垂直面16°~8°<-12dB互調(diào)≤110dBm1.7.1a基站板狀天線基本技術(shù)指標(biāo)示例天線的基本知識(shí)55

1.7.1b板狀天線高增益的形成

天線的基本知識(shí)單個(gè)半波振子垂直面方向圖增益為G=2.15dB兩個(gè)半波振子垂直面方向圖增益為G=5.15dB四個(gè)半波振子垂直面方向圖增益為G=8.15dB單個(gè)半波振子兩個(gè)半波振子四個(gè)半波振子A.采用多個(gè)半波振子排成一個(gè)垂直放置的直線陣1.7.1b板狀天線高增益的形成56天線的基本知識(shí)兩個(gè)半波振子（帶反射板）垂直面方向圖兩個(gè)半波振子（帶反射板）水平面方向圖反射板

長(zhǎng)度為L(zhǎng)兩個(gè)半波振子反射板寬度為W兩個(gè)半波振子兩個(gè)半波振子（帶反射板）在垂直面上的配置兩個(gè)半波振子（帶反射板）在水平面上的配置B.在直線陣的一側(cè)加一塊反射板

（以帶反射板的二半波振子垂直陣為例）增益為G=11~14dB天線的基本知識(shí)兩個(gè)半波振子兩個(gè)半波振子反射板兩個(gè)半波振子57天線的基本知識(shí)C.為提高板狀天線的增益，還可以進(jìn)一步采用八個(gè)半波振子排陣前面已指出，四個(gè)半波振子排成一個(gè)垂直放置的直線陣的增益約為8dB；一側(cè)加有一個(gè)反射板的四元式直線陣，即常規(guī)板狀天線，其增益約為14~17dB。一側(cè)加有一個(gè)反射板的八元式直線陣，即加長(zhǎng)型板狀天線，其增益約為16~19dB.不言而喻，加長(zhǎng)型板狀天線的長(zhǎng)度，為常規(guī)板狀天線的一倍，達(dá)2.4m左右。天線的基本知識(shí)C.為提高板狀天線的增益，還可以進(jìn)一步采用58天線的基本知識(shí)1.7.2高增益柵狀拋物面天線

從性能價(jià)格比出發(fā)，人們常常選用柵狀拋物面天線作為直放站施主天線。由于拋物面具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射能力強(qiáng)，直徑為1.5m的柵狀拋物面天線，在900兆頻段，其增益即可達(dá)G=20dB.它特別適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，例如它常常被選用為直放站的施主天線。拋物面采用柵狀結(jié)構(gòu)，一是為了減輕天線的重量，二是為了減少風(fēng)的阻力。拋物面天線一般都能給出不低于30dB的前后比，這也正是直放站系統(tǒng)防自激而對(duì)接收天線所提出的必須滿足的技術(shù)指標(biāo)。天線的基本知識(shí)1.7.2高增益柵狀拋物面天線59天線的基本知識(shí)1.7.3八木定向天線

八木定向天線，具有增益較高、結(jié)構(gòu)輕巧、架設(shè)方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。因此，它特別適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，例如它是室內(nèi)分布系統(tǒng)的室外接收天線的首選天線類型。

八木定向天線的單元數(shù)越多，其增益越高，通常采用

6~12單元的八木定向天線，其增益可達(dá)10~15dB。

天線的基本知識(shí)1.7.3八木定向天線60天線的基本知識(shí)1.7.4室內(nèi)吸頂天線

室內(nèi)吸頂天線必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)今市場(chǎng)上見(jiàn)到的室內(nèi)吸頂天線，外形花色很多，但其內(nèi)芯的購(gòu)造幾乎都是一樣的。這種吸頂天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶理論的基礎(chǔ)上，借助計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能很好地滿足在非常寬的工作頻帶內(nèi)的駐波比要求，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在很寬的頻帶內(nèi)工作的天線其駐波比指標(biāo)為VSWR≤2。當(dāng)然，能達(dá)到VSWR≤1.5更好。順便指出，室內(nèi)吸頂天線屬于低增益天線,一般為G=2dB。

天線的基本知識(shí)1.7.4室內(nèi)吸頂天線61天線的基本知識(shí)1.7.5室內(nèi)壁掛天線

室內(nèi)壁掛天線同樣必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)今市場(chǎng)上見(jiàn)到的室內(nèi)吸頂天線，外形花色很多，但其內(nèi)芯的購(gòu)造幾乎也都是一樣的。這種壁掛天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，屬于空氣介質(zhì)型微帶天線。由于采用了展寬天線頻寬的輔助結(jié)構(gòu)，借助計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能較好地滿足了工作寬頻帶的要求。順便指出，室內(nèi)壁掛天線具有一定的增益，約為G=7dB。

天線的基本知識(shí)1.7.5室內(nèi)壁掛天線62

2電波傳播的幾個(gè)基本概念目前GSM和CDMA移動(dòng)通信使用的頻段為：GSM：890~960MHz,1710~1880MHzCDMA:806~896MHz806~960MHz頻率范圍屬超短波范圍；1710~1880MHz頻率范圍屬微波范圍。電波的頻率不同，或者說(shuō)波長(zhǎng)不同，其傳播特點(diǎn)也不完全相同，甚至很不相同。天線的基本知識(shí)2電波傳播的幾個(gè)基本概念天線的基本知識(shí)63天線的基本知識(shí)2.1電波的傳播損耗

設(shè)發(fā)射功率為PT(W)

，發(fā)射天線增益為GT(dB)

，工作頻率為f(MHz).接收功率為PR(W)

，接收天線增益為GR(dB)

，收、發(fā)天線間距離為R(km)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單推導(dǎo)，可寫(xiě)得電波在自由空間的傳播損耗

L0為：L0(dB)=10Lg（PT/

PR）=32.45+20Lgf(MHz)+20LgR(km)-GT(dB)-GR(dB)

[舉例]設(shè)：PT=10W=40dBmw；GT=10dBi；GR=3dBi；f

=900MHz問(wèn)：R=500m

時(shí)，L0(dB)=？,PR=？

解答：(1)傳播損耗L0的計(jì)算L0=32.45+20Lg900+20Lg0.5-10

-3

=32.45+59.1-6-10-3=72.5

(dB)（2）接收功率PR的計(jì)算PR=PT/(107.25)=10(W)/(107.25)=1(μW)/(100.725)=1(μW)/5.31=0.188(μW)天線的基本知識(shí)2.1電波的傳播損耗64天線的基本知識(shí)*

電波傳播損耗的奧村經(jīng)驗(yàn)公式

日本人奧村，對(duì)地面移動(dòng)通信的電波傳播問(wèn)題，做了大量的統(tǒng)計(jì)工作，并歸納出一個(gè)大城市適用的傳播損耗Lb經(jīng)驗(yàn)公式：Lb(dB)=75+26Lgf+45

LgR-GT(dB)-GR(dB)

–（14+6.5LgR）×LgHT–3.2[Lg（12HR）]2

式中，收、發(fā)天線高度HR

、

HT

單位為m.

[舉例]設(shè)：f

=900MHz；HT=64m;HR=2m；GT=10(dBi)；GR=3(dBi)問(wèn)：R=500m

時(shí)，Lb=？解：Lb=75+26Lg900+45

Lg0.5–（14+6.5Lg0.5）×Lg64–3.2[Lg（12×

2）]2

=75+76.8–13.5–21.7–6=110.6(dB)--------可見(jiàn)，信號(hào)的衰減比自由空間中要大得多！天線的基本知識(shí)*電波傳播損耗的奧村經(jīng)驗(yàn)公式652.2極限直視距離超短波特別是微波，頻率很高，波長(zhǎng)很短，它的地表面波衰減很快，因此不能依靠地表面波作較遠(yuǎn)距離的傳播。超短波特別是微波，主要是由空間波來(lái)傳播的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，空間波是在空間范圍內(nèi)沿直線方向傳播的波。顯然，由于地球的曲率使空間波傳播存在一個(gè)極限直視距離Rmax。在最遠(yuǎn)直視距離之內(nèi)的區(qū)域，習(xí)慣上稱為照明區(qū)；極限直視距離Rmax以外的區(qū)域，則稱為陰影區(qū)。不言而語(yǔ)，利用超短波、微波進(jìn)行通信時(shí)，接收點(diǎn)應(yīng)落在發(fā)射天線極限直視距離Rmax內(nèi)。受地球曲率半徑的影響，極限直視距離Rmax和發(fā)射天線與接收天線的高度HT與HR間的關(guān)系為：

Rmax＝3.57{√HT(m)

+√HR(m)}(km)天線的基本知識(shí)RTRTRR接收天線高HR發(fā)射天線高HT

考慮到大氣層對(duì)電波的折射作用，極限直視距離應(yīng)修正為

Rmax＝4.12{√HT(m)

+√HR(m)}(km)由于電磁波的頻率遠(yuǎn)低于光波的頻率，電波傳播的有效直視距離Re約為極限直視距離Rmax的70%，即Re

=0.7Rmax.例如，HT與HR分別為49m和1.7m，則有效直視距離為Re=24km.2.2極限直視距離天線的基本知識(shí)RTRTRR接收天線662.3電波在平面地上的傳播特征由發(fā)射天線直接射到接收點(diǎn)的電波稱為直射波；發(fā)射天線發(fā)出的指向地面的電波，被地面反射而到達(dá)接收點(diǎn)的電波稱為反射波。顯然，接收點(diǎn)的信號(hào)應(yīng)該是直射波和反射波的合成。電波的合成不會(huì)象1+1=2那樣簡(jiǎn)單地代數(shù)相加，合成結(jié)果會(huì)隨著直射波和反射波間的波程差的不同而不同。波程差為半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，直射波和反射波信號(hào)相加，合成為最大；波程差為一個(gè)波長(zhǎng)的倍數(shù)時(shí)，直射波和反射波信號(hào)相減，合成為最小。可見(jiàn)，地面反射的存在，使得信號(hào)強(qiáng)度的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜。實(shí)際測(cè)量指出：在一定的距離Ri之內(nèi)，信號(hào)強(qiáng)度隨距離或天線高度的增加都會(huì)作起伏變化；在一定的距離Ri之外，隨距離的增加或天線高度的減少，信號(hào)強(qiáng)度將。單調(diào)下降。理論計(jì)算給出了這個(gè)Ri和天線高度HT與

HR的關(guān)系式：

Ri=（4HTHR）/，是波長(zhǎng)。不言而喻，Ri必須小于極限直視距離Rmax。天線的基本知識(shí)2.3電波在平面地上的傳播特征天線的基本知識(shí)672.4電波的多徑傳播

在超短波、微波波段，電波在傳播過(guò)程中還會(huì)遇到障礙物(例如樓房、高大建筑物或山丘等)對(duì)電波產(chǎn)生反射。因此，到達(dá)接收天線的含有多種反射波（廣意地說(shuō)，地面反射波也應(yīng)包括在內(nèi)），這種現(xiàn)象叫為多徑傳播。由于多徑傳輸，使得信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜，波動(dòng)很大，有的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng)，有的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)減弱；也由于多徑傳輸?shù)挠绊?，還會(huì)使電波的極化方向發(fā)生變化。另外，不同的障礙物對(duì)電波的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對(duì)超短波、微波的反射能力比磚墻強(qiáng)。我們應(yīng)盡量克服多徑傳輸效應(yīng)的負(fù)面影響，這也正是在通信質(zhì)量要求較高的通信網(wǎng)中，人們常常采用空間分集技術(shù)或極化分集技術(shù)的緣由。

天線的基本知識(shí)2.4電波的多徑傳播天線的基本知識(shí)682.5電波的繞射傳播在傳播途徑中遇到大障礙物時(shí)，電波會(huì)繞過(guò)障礙物向前傳播，這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波、微波的頻率較高，波長(zhǎng)短，繞射能力弱，在高大建筑物后面信號(hào)強(qiáng)度小，形成所謂的“陰影區(qū)”。信號(hào)質(zhì)量受到影響的程度，不僅和建筑物的高度有關(guān)，和接收天線與建筑物之間的距離有關(guān)，還和頻率有關(guān)。例如有一個(gè)建筑物，其高度為10米，在建筑物后面距離200米處，接收的信號(hào)質(zhì)量幾乎不受影響，但在100米處，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無(wú)建筑物時(shí)明顯減弱。注意，誠(chéng)如上面所說(shuō)過(guò)的那樣，減弱程度還與信號(hào)頻率有關(guān)，對(duì)于216～223兆赫的電視射頻信號(hào)，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無(wú)建筑物時(shí)低16dB，對(duì)于900兆赫的手機(jī)射頻信號(hào)，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無(wú)建筑物時(shí)低22dB.如果建筑物高度增加到50米，則在距建筑物1000米以內(nèi)，接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)都將受到影響而減弱。也就是說(shuō)，頻率越高、建筑物越高、接收天線與建筑物越近，信號(hào)強(qiáng)度與通信質(zhì)量受影響程度越大；相反，頻率越低，建筑物越矮、接收天線與建筑物越遠(yuǎn)，影響越小。因此，選擇基站場(chǎng)地以及架設(shè)天線時(shí)，一定要考慮到繞射傳播可能產(chǎn)生的各種不利影響，注意到對(duì)繞射傳播起影響的各種因素。

天線的基本知識(shí)2.5電波的繞射傳播天線的基本知識(shí)69

3傳輸線的幾個(gè)基本概念

連接天線和發(fā)射機(jī)輸出端（或接收機(jī)輸入端）的電纜稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務(wù)是有效地傳輸信號(hào)能量，因此，它應(yīng)能將發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)功率以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端，或?qū)⑻炀€接收到的信號(hào)以最小的損耗傳送到接收機(jī)輸入端，同時(shí)它本身不應(yīng)拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號(hào)，這樣，就要求傳輸線必須屏蔽。順便指出，當(dāng)傳輸線的物理長(zhǎng)度等于或大于所傳送信號(hào)的波長(zhǎng)時(shí)，傳輸線又叫做長(zhǎng)線。3.1傳輸線的種類超短波段的傳輸線一般有兩種：平行雙線傳輸線和同軸電纜傳輸線；微波波段的傳輸線有同軸電纜傳輸線、波導(dǎo)和微帶。平行雙線傳輸線由兩根平行的導(dǎo)線組成它是對(duì)稱式或平衡式的傳輸線，這種饋線損耗大，不能用于UHF頻段。同軸電纜傳輸線的兩根導(dǎo)線分別為芯線和屏蔽銅網(wǎng)，因銅網(wǎng)接地，兩根導(dǎo)體對(duì)地不對(duì)稱，因此叫做不對(duì)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(duì)靜電耦合有一定的屏蔽作用，但對(duì)磁場(chǎng)的干擾卻無(wú)能為力。使用時(shí)切忌與有強(qiáng)電流的線路并行走向，也不能靠近低頻信號(hào)線路。

天線的基本知識(shí)3傳輸線的幾個(gè)基本概念天線的基本知識(shí)703.2傳輸線的特性阻抗

無(wú)限長(zhǎng)傳輸線上各處的電壓與電流的比值定義為傳輸線的特性阻抗，用Ｚ0表示。同軸電纜的特性阻抗的計(jì)算公式為Ｚ。＝〔60/√εr〕×Log(D/d)[歐]。式中，D為同軸電纜外導(dǎo)體銅網(wǎng)內(nèi)徑； d為同軸電纜芯線外徑；εr為導(dǎo)體間絕緣介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。通常Ｚ0=50歐，也有Ｚ0=