天線主要性能指標(biāo)和相關(guān)知識(shí)

天線主要性能指標(biāo)和相關(guān)學(xué)問(wèn)天線的主要性能指標(biāo)1、方向圖：用包括最大輻射方向的兩個(gè)相互垂直的平面方向圖來(lái)表示天線的立最大位置剖開(kāi)的圖形叫垂直面方向圖?！矆?chǎng)強(qiáng)下降到最大值的0.707倍，3dB衰耗〕的兩個(gè)方向的夾角，表征了天線在指定方向上輻射功率的集中程度。一般地，GSM定向基站水平面半功率波瓣寬度為65°，在120°的小區(qū)邊沿，天線輻射功率要比最大輻射方向上低9-10dB。2射的程度，方向圖的鋒利程度，我們引入方向性參數(shù)。抱負(fù)的點(diǎn)源天線輻射沒(méi)有方向性，在各方向上輻射強(qiáng)度相等，方向是個(gè)球體。我們某天線產(chǎn)生于某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度平方E2與抱負(fù)的點(diǎn)源天線在同一點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的平方E02的比值稱為該點(diǎn)的方向性參數(shù)D=E2/E02。3數(shù)，但兩者又不盡一樣。增益是在同一輸出功率條件下加以爭(zhēng)論的，化，但其變化趨勢(shì)是全都的。一般地，在實(shí)際應(yīng)用中，取最大輻射方向的方向性系數(shù)和增益作為天線的方向性系數(shù)和增益。另外，表征天線增益的參數(shù)有dBd和dBi。DBi是相對(duì)于點(diǎn)源增益dBi=dBd+2.15。一樣的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)。4直流阻抗為0Ω。一般移動(dòng)通信天線的輸入阻抗為50Ω。5其相鄰的電壓最大值與最小值的比即為電壓駐波比VSWR的輸入功率1，反射功率2，天線的駐波比〔〕/〔-。一般地說(shuō)，移動(dòng)通信天線的電壓駐波比應(yīng)小于 1.5，但實(shí)際應(yīng)用中VSWR應(yīng)小于1.2。6、極化方式依據(jù)天線在最大輻射〔或接收〕方向上電場(chǎng)矢量的取向，天線極化方式可分為線極化，圓極化和橢圓極化。線極化又分為水平極化，垂直極化和±45o極化。放射天線和接收天線應(yīng)具有一樣±45o極化方式。7雙極化天線隔離度雙極化天線有兩個(gè)信號(hào)輸入端口從一個(gè)端口輸入功率信號(hào) P1dBm，從另一端口接收到同一信號(hào)的功率P2dBm之差稱為隔離度，即隔離度=P1-P2。移動(dòng)通信基站要求在工作頻段內(nèi)極化隔離度大于28dB?！?5o的一些特別措施，使天隔離度大于30dB。天線常識(shí)一、天線性能指標(biāo)天線輸入阻抗天線輸入阻抗是天線饋電點(diǎn)處的電壓與電流之比。通常是一個(gè)復(fù)阻抗，而且是頻率的函數(shù)。駐波系數(shù)〔VSWR〕增益G平方之比，常用分貝表示。方向圖天線方向圖用來(lái)描述電〔磁〕場(chǎng)強(qiáng)度在空間的分布狀況，常用般功率波瓣寬度來(lái)表示方向圖的寬度。極化特性天線極化特性表示天線在最大輻射方向上電場(chǎng)的極化形式?？煞譃榫€極化、圓極化和橢圓極化。注：增益的多種表達(dá)方式dBmdBi、dBdBc上存在著混淆和誤會(huì)，造成計(jì)算失誤。下面集中辯析這幾項(xiàng)單位，供寬闊電信職工參考。1.dBmdBm用于表達(dá)功率確實(shí)定值，計(jì)算公式為：10lg(P功率值/lmw)假設(shè)放射功率為，則按應(yīng)為：10lg(10w/1mw)=10lg(*****)=40dBm30DBm＝１０l(fā)g(1W/1mW)2.dBi、dBddBi和dBd均用于表達(dá)功率增益，兩者都是一個(gè)相對(duì)值，只是dBi的參考基準(zhǔn)為全方向性天線，dBd的參考dBi表示要比用dBd表示大2.15。[例]對(duì)于增益為16dBd的天線，其增益按單位dBi進(jìn)展折算后為i〔無(wú)視小數(shù)點(diǎn)后為。3.dBdB用于表征功率的相比照值，計(jì)算甲功率相對(duì)乙功率大或小多少dB時(shí)，按下面計(jì)算公式：10lg(甲功率/乙功率〕[例]假設(shè)甲天線的增益為20dBd,乙天線的增益為14dBd,則可以說(shuō)甲天線的增益比乙天線的增益大6dB。4.dBcdBc也是一個(gè)表征相對(duì)功率的單位，其計(jì)算方法與dB的計(jì)算方法完全一樣。量與載波功率的相對(duì)值，如度量干擾〔同頻干擾、互調(diào)干擾、交調(diào)干擾和帶外干擾、耦合、雜散等相對(duì)量值，在承受dBc的地方，原則上可以使用dB替代。1.反射系數(shù):P=反射波振幅/入射波振幅=傳輸線特性阻抗-負(fù)載阻抗/傳輸線特性阻抗+負(fù)載阻抗2.行波系數(shù):K=電壓最小值/電壓最大值=反射波振幅-入射波振幅/反射波振幅+入射波振幅在傳輸線中由于同時(shí)存在入射波和反射波,所以在傳輸線上任何一點(diǎn)的電壓都是兩波振幅之和.3.駐波比:S=電壓最大值/電壓最小值,綜上所述,在傳輸線終端有負(fù)載時(shí),傳輸線輸入阻抗有以下性質(zhì):1.傳輸線上距離終端四分之一波長(zhǎng)的奇數(shù)倍處的等效阻抗等于特性阻抗的平方除以終端負(fù)載.2.傳輸線上距離終端二分之一波長(zhǎng)整數(shù)處的等效阻抗等于負(fù)載阻抗.〔1〕輸入阻抗和駐波系數(shù)的測(cè)量用儀器有：網(wǎng)絡(luò)、阻抗、阻抗電橋、駐波表等。設(shè)備有：天線測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)、功率信號(hào)源、場(chǎng)強(qiáng)計(jì)及關(guān)心天線增益測(cè)量天線增益測(cè)量有比較法、射電天文法等，常用比益的標(biāo)準(zhǔn)天線。三、電波傳播模式〔1〕天波傳播指電波由天線放射后經(jīng)電離短波雷達(dá)?？臻g波傳播指電波自天線放射后經(jīng)直線路徑直接到達(dá)接收點(diǎn)，象地面上的超短波通信、電視播送、調(diào)頻播送以及衛(wèi)星通信、衛(wèi)星播送等。航、短波地波通信等。天線駐波比小常識(shí)電壓駐波比〔VSWR〕是射頻技術(shù)中最常用的參數(shù)，用來(lái)衡量先會(huì)想到測(cè)量一下天線系統(tǒng)的駐波比是否接近1:1，假設(shè)接近1:111，會(huì)怎樣呢？駐波比小到幾，天線才算合格？為什么大小 181這類老式的軍用電臺(tái)上沒(méi)有駐波表？RVSWR及標(biāo)稱阻抗相互抵消。假設(shè)放射機(jī)的阻抗不同，要求天線的阻抗也不同。在電子阻抗則多為為050歐姆，因此商品RVSWR表也是按050歐姆設(shè)計(jì)標(biāo)度的。假設(shè)你擁有一臺(tái)輸出阻抗為0600歐姆的老電臺(tái)，那就大可不必費(fèi)心血用050歐姆的RVSWR計(jì)來(lái)修理你的天線，由于那樣反而幫倒忙。只要設(shè)法調(diào)到你的天線電流最大就可以了。RVSWR不是11時(shí)，比較RVSWR的值沒(méi)有意義正由于RVSWR除了11以外的數(shù)值不值得那么準(zhǔn)確地認(rèn)定〔除非有特別需要，所以多數(shù)RR表并沒(méi)有象電壓表、電阻表那樣認(rèn)真標(biāo)定，甚至很少有RVSWR給出它的誤差等級(jí)數(shù)據(jù)。由于RVSWR表在不同頻率、不同功率下的誤差并不均勻。RVSWR都＝11不等于都是好天線影響天線效果的最重要因素：諧振一根弦在特定的長(zhǎng)度和張力下，都會(huì)有自己的固有頻率。當(dāng)弦以固有頻率振動(dòng)時(shí)，兩端被固定不能移動(dòng)，但振動(dòng)方向的張力最大。中間搖擺最大，但振動(dòng)張力最松弛。這相當(dāng)于自由諧振的總長(zhǎng)度為21/2〔電流波谷〔電壓波腹中間電流最大〔電流波腹〕而相鄰兩點(diǎn)的電壓最小〔電壓波谷。選在弦的適當(dāng)位置上。我們?cè)趯?shí)際中不難覺(jué)察，拉弓或者撥弦位置態(tài)格外簡(jiǎn)單、混亂，即使振動(dòng)起來(lái)，各點(diǎn)對(duì)空氣的推動(dòng)不是齊心合力的，發(fā)聲效率很低。與信號(hào)頻率不諧振，則放射效率會(huì)大打折扣。所以，在天線匹配需要做到的兩點(diǎn)中，諧振是最關(guān)鍵的因素。在早期的發(fā)信機(jī)，例如本期介紹的171型報(bào)話機(jī)中，天線電路因此在沒(méi)有條件做到RVSWR確定為11時(shí)，業(yè)余電臺(tái)天線最重要的調(diào)整是使整個(gè)天線電路與工作頻率諧振。天線的駐波比和天線系統(tǒng)的駐波比天線的RVSWR需要在天線的饋電端測(cè)量。但天線饋電點(diǎn)常常高懸在空中，我們只能在天線電纜的下端測(cè)量VSWR，這樣測(cè)量的是包括電纜的整個(gè)天線系統(tǒng)的VSWR。當(dāng)天線本身的阻抗確實(shí)為050歐姆純電阻、電纜的特性阻抗也確實(shí)是050歐姆時(shí)，測(cè)出的結(jié)果是正確的。當(dāng)天線阻抗不是050歐姆時(shí)而電纜為050歐姆時(shí)，測(cè)出的RVSWR有損耗，例如電纜較細(xì)、電纜的電氣長(zhǎng)度到達(dá)波長(zhǎng)的幾十倍以上，那么電纜下端測(cè)出的RVSWR還是會(huì)比天線的實(shí)際RVSWR低。所以，測(cè)量RVSWR時(shí)，尤其在FUHF以上頻段，不要無(wú)視電纜的影響。不對(duì)稱天線我們知道偶極天線每臂電氣長(zhǎng)度應(yīng)為41/4波長(zhǎng)。那么假設(shè)兩臂長(zhǎng)度不同，它的諧振波長(zhǎng)如何計(jì)算？是否會(huì)消滅兩個(gè)諧振點(diǎn)？假設(shè)想清了上述琴弦的例子，答案就清楚了。系統(tǒng)總長(zhǎng)度缺乏43/4波長(zhǎng)的偶極天線〔或者以地球、地網(wǎng)為鏡象的單臂天線〕只有一個(gè)諧振頻率，取決于兩臂的總長(zhǎng)度。兩臂對(duì)稱，相當(dāng)于在阻抗最低點(diǎn)加以驅(qū)動(dòng)，得到的是最低的阻抗。兩臂長(zhǎng)度不等，相當(dāng)于把弓子偏近琴馬拉弦，費(fèi)的力不同，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的阻抗比較高一些，但是諧振頻率照舊21/2波長(zhǎng)而另一臂縮短到00，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗增大到幾乎無(wú)窮大，則成為21/2波長(zhǎng)0R7000垂直天線，固然這時(shí)必需增加必要的匹配電路才能連接到050歐姆的低阻抗放射機(jī)上。21/2是格外嚴(yán)峻，那么雖然特性阻抗會(huì)變高，肯定程度上影響VSWR，但是實(shí)際放射效果還不至于有格外明顯的惡化。rQRPer不必苛求VSWR當(dāng)RVSWR過(guò)高時(shí)，主要是天線系統(tǒng)不諧振時(shí)，因而阻抗存在很大電抗重量時(shí)，放射機(jī)末級(jí)器件可能需要承受較大的瞬間過(guò)電壓。早期技術(shù)不很成熟時(shí)，高RVSWR簡(jiǎn)潔造成射頻末級(jí)功率器件的損壞。因此，將RVSWR掌握在較低的數(shù)值，例如33以內(nèi)，是必要的?，F(xiàn)在有些設(shè)備具有比較完備的高RVSWR保護(hù)，當(dāng)在線測(cè)量到的RVSWR過(guò)高時(shí)，會(huì)自動(dòng)降低驅(qū)動(dòng)功率，所以燒末級(jí)的危急比020年以前降低了很多。但是仍舊不要大意。不過(guò)對(duì)于PQRP玩家講來(lái)，末級(jí)功率有時(shí)小到幾乎沒(méi)有燒末級(jí)的可能性。移動(dòng)運(yùn)用時(shí)要將便攜的臨時(shí)天線調(diào)到VSWRR＝11卻由于環(huán)境的變幻而要絞盡腦汁。這時(shí)不必太喪氣。1988－91989年筆者為KBY1PK試驗(yàn)4W的的CW/QRP，使用長(zhǎng)度缺乏51.5米的三樓窗簾鐵絲和長(zhǎng)度為51.5米左右的塑RVSWR為無(wú)窮大，卻也聯(lián)到了JA、VK、U9、HOH等電臺(tái)。后來(lái)做了一個(gè)小天調(diào)，把把RVSWR調(diào)到11，但比照試驗(yàn)中遠(yuǎn)方友臺(tái)報(bào)告說(shuō)，RVSWR弱了些，可能原來(lái)就微弱的信號(hào)被天調(diào)的損耗又吃掉了一些吧。總之，RVSWR道理多多。既然有了業(yè)余電臺(tái)，總是免不了和VSWR打交道，不妨多觀看、積存、溝通各自的心得吧。天線系統(tǒng)和輸出阻抗為 050歐的發(fā)信機(jī)的匹配條件是天線系統(tǒng)阻抗為050歐純電阻。要滿足這個(gè)條件，需要做到兩點(diǎn)：第一，天線電路與工作頻率諧振〔否則天線阻抗就不是純電阻；其次，選擇適當(dāng)?shù)酿侂婞c(diǎn)。一些國(guó)外雜志文章在介紹天線時(shí)常常給出RVSWRVSWR＝11其實(shí)，VSWR＝11只能說(shuō)明放射機(jī)的能量可以有效地傳輸?shù)教炀€系統(tǒng)。但是這些能量是否能有效地輻射到空間，那是另一個(gè)問(wèn)題。一副按理論長(zhǎng)度作制作的偶極天線，和一副長(zhǎng)度只有01/20的縮短型天線，只要實(shí)行適當(dāng)措施，它們都可能做到VSWR＝11，但放射效果確定大相徑庭，不能同日而語(yǔ)。做為極端例子，一個(gè)050歐姆的電阻，它的RVSWR格外抱負(fù)地等于11，但是它的放射效率是00。而假設(shè)RVSWR不等于11，譬如說(shuō)等于44