全面易懂的天線基本知識(shí)

天線的基本知天天線的作用與地對(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?，可分為通信天線、電視天線、天線等按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等；等等分類。*電磁波的1.1a所示，若兩導(dǎo)線的距離很近，電場(chǎng)被束縛在兩導(dǎo)1.1b所示，電場(chǎng)就散播在周必須，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)度增大到可與波長(zhǎng)相導(dǎo)線上的電流將大大就能形成較強(qiáng)的圖1.1 圖1.1對(duì)稱之一波長(zhǎng)的振子，稱半波對(duì)稱振子,1.2a。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 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 平放的“面包圈”形的立體方向（圖1.3.1a）。立體方向圖雖然立體感強(qiáng)， 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)也可以利用反射板可把輻射能控制到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。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。增增益是指：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增益越高。可以這樣來理解增益的物理含 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. G2.15dBi4個(gè)半波對(duì)稱陣子沿垂線上下排列，構(gòu)成一個(gè)垂直四元陣，其增益約為G=8.15 (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)稱振子作較對(duì)象，則增益的單位是dBdG0dBd（1，取對(duì)數(shù)得零值。）；G=8.15–2.15=6dBd1.3.4a,3dB（功率密度降低一半）的兩點(diǎn)間的夾角定義為波瓣寬度（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)文10dB（功率密度降至十分之一）1.3.4bFB。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------FB10Lg{（前向功率密度）/（F/B（18~30）dB，特殊情況下則要求達(dá)（35~40）dB。G（dBi）=10Lg{32000/（2θ3dB,E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對(duì)于拋物面天線，可用下式近似計(jì)算其增益：=10Lg{4.5×(D/λ0)2}式中，Dλ04.5G（dBi）10Lg2Lλ0}式中，L為天線長(zhǎng)度；λ0為中心工作波長(zhǎng)；上旁瓣第一旁瓣盡可能弱一些。這就是所謂的上旁瓣抑制。的服務(wù)對(duì)象是地面上的移動(dòng)用戶，指向天空的輻射是毫無意義的。 為使主波瓣指向地面，安置時(shí)需要將天線適度下傾。天線的雙極化下圖示出了另兩種單極化的情況：+45°-45°極化，它們僅僅在特+45°-45°---雙極化雙極化天線輻射（或接收）兩個(gè)極化在空間相互正交（垂直）的波。小，也就是說，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 收天線接收垂直極化的來右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來波。極化理想的極化完全是沒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RinXinZinRinjXin。電抗分量的存Zin73.1＋ｊ42.5歐)。當(dāng)把其長(zhǎng)度縮短Zin73.1歐（75歐）。注意，嚴(yán)格的說，純電阻性的天線輸入阻抗只是對(duì)點(diǎn)頻而順便指出，半波折合振子的輸入阻抗為半波對(duì)稱振子的四倍，Zin280歐（300歐）范圍內(nèi)，使輸入阻抗的虛部很小且實(shí)部相當(dāng)接近50 抗為Zin=Rin=50 這是天線能與饋線處于良好的阻抗匹配所必須的天線的工作頻率范圍（頻帶寬度無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍（頻帶寬度）工作的，天線的頻帶寬度有兩種不同的定義SWR1.5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。SWR不超過1.5時(shí)，天線的工作頻率范圍。一般說來，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，但這移動(dòng)通信常用的天線、直放站天線與室內(nèi)天無論是GSM還是CDMA，板狀天線是用得最為普遍的一類極為重要的天控制方便、密封性能可靠以及使用長(zhǎng)。 頻率范圍：824-960頻帶寬度：增益 14~17 標(biāo)稱阻抗：50Ohm電壓駐波比：≤下傾角（可調(diào)：3~半功率波束寬度：水平面60°~ 垂直面16°~下傾角（可調(diào)）：12垂直面上旁瓣抑制：≤110 在直線陣的一側(cè)加一塊反射 （以帶反射板的二半波振子垂直陣為例前面已四個(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，14~17dB16~19dB.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。1.5m的柵狀拋物面天線，900G=20dB.它特別適用于拋物面采用柵狀結(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。30dB八木定向高，通常采用6~12單元的八木定向天線，其增益可達(dá)10~15dB 室內(nèi)吸頂要求，按照，在很寬的頻帶內(nèi)工作的天線其駐指標(biāo)為VSWR≤2。當(dāng)然，能達(dá)到VSWR≤1.5更好。順便，室內(nèi)吸頂天線屬于低增益天線,一般為G =2dB。室內(nèi)壁掛的要求。順便，室內(nèi)壁掛天線具有一定的增益，約為G=7dB。電波的幾個(gè)基本概GSMCDMA移動(dòng)通信使用的GSM：890~960MHz，1710~1880MHz 806~896MHz806~960MHz1710~1880MHz頻率范圍屬微波范電波的頻率不同，或者說波長(zhǎng)不同，其特點(diǎn)也不完全相同，甚至很不相同設(shè)為PT，發(fā)射天線增益為GT，工作頻率為f.接收功率為PR，接收天線增益為GR，收、發(fā)天線間距離為R，那么電波在無環(huán)境干擾時(shí)，途中的電波損耗L0有以下表達(dá)式：L0(dB)=10Lg（ PR=32.45+20Lgf(MHz)+20LgR(km)-GT(dB)-GR[舉例 設(shè) =10W=40dBmw；GR=GT=7(dBi)； =問：R500mPR=？解答：(1)L0(dB)的計(jì)算L0 =32.45+20Lg1910(MHz)+20Lg0.5(km)-GR(dB)-GT=32.45+65.62-6-7-7=78.07（2） 的計(jì)PR= /(107.807)=10(W)/(107.807 =1(μW)/(100.807=1(μW)/ 0.156(μW) 156(mμW 順便，1.9GHz電波在一層磚墻時(shí)，大約損失(10~15)dB超短波和微波的視極限直視的。簡(jiǎn)單地說，空間波是在空間范圍內(nèi)沿直線方向的波。顯然，由于地球曲率使空間波存在一個(gè)極限直視距離 。在最遠(yuǎn)直視距離之內(nèi)的區(qū)域RmaxRmax受地球曲率半徑的影響極限直視距離 和發(fā)射天線與接收天線的高HTHRRmax＝3.57{√HT+√HR(m) 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) 由于電磁波的頻率遠(yuǎn)低于光波的頻率，電波的有效直視距離Re約為Rmax的70%，即Re=0.7Rmax.例如，HTHR49m1.7mRe24電波在平面地上的特直射波和反射波的合成。電波的合成不會(huì)象11=2那樣簡(jiǎn)單地代數(shù)相加，合實(shí)際測(cè)量：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 Ri之外，隨距離的增加或天線高度的減少，信RiHTHR的關(guān)系Ri=（4HTHR）/，是波長(zhǎng)。不言而喻，Ri必須小于極限直視距離Rmax 電波的多徑在超短波、微波波段，電波在過程中還會(huì)遇到物(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)接收天線的還有多種反射波（廣電波的繞射10200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)比無建筑物時(shí)明顯減弱。注意，誠(chéng)如上面所的那樣，減弱程度還與信號(hào)頻率有關(guān)，對(duì)于216～223兆赫的射信號(hào)，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無建筑物時(shí)低16dB，對(duì)于670兆赫的射頻信號(hào)，接收20dB如果建筑物高度增加到501000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，頻率越高、建傳輸線的幾個(gè)基本概連接天線和發(fā)射機(jī)輸出端（或輸入端）的電纜稱為傳輸線或饋線。輸線必須。傳輸線的UHF頻段。同對(duì)靜電耦合有一定的作用，但對(duì)磁場(chǎng)的干擾卻為力。使用時(shí)切忌與有強(qiáng)電流的線路并行，也不能靠近低頻信號(hào)線路。表示

無限長(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，用同軸電纜的特性阻抗的計(jì)算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； 為導(dǎo)體間絕緣介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。通常Ｚ050歐，也有Ｚ075Dd以及導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)εr有關(guān)，而與饋線長(zhǎng)短、工作頻率以及饋線終端所接負(fù)載阻抗無關(guān)。βdBm（／米），dB100m（分貝／百米）設(shè)輸入到饋線的功率為Ｐ1L（m）2，傳輸損耗TL可表示為：

TL＝10×Lg(Ｐ1/Ｐ2 (dB ＝ / (dB/mNOKIA7/8900MHzβ＝4.1dB/100mβ＝3dB/73m900MHz的信號(hào)功率，每經(jīng)過73m長(zhǎng)的這種電纜時(shí)，功率要少一半。SYV-9-50-1900MHzβ20.1dB100mβ＝3dB15m900MHz的信號(hào)功率，每經(jīng)過15m長(zhǎng)的這種電纜時(shí)，功率就要少一匹配什么叫匹配？簡(jiǎn)單地說，饋線終端所接負(fù)載阻抗ＺL等于饋線特性阻線取得全部信號(hào)功率。如下圖所示，當(dāng)天線阻抗為5050歐的電纜是匹配的，而當(dāng)天線阻抗為80歐時(shí)，與50歐的電纜是不匹配反射例如，在右圖中，由于天線與饋線的阻抗不同，一個(gè)75ohms一個(gè)50ohms，阻電壓駐在不匹配的情況下,饋線上同時(shí)存在入射波和反射波。在入射波和反射 和反射位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅Ｖmin形成波節(jié)。其它反射波電壓和入射波電壓幅度之比叫作反射系數(shù)，記 反射波R＝＝入射波（ＺL＋Ｚ0波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù)也叫電