《天線設計基礎》課件

天線設計基礎歡迎來到天線設計基礎課程。本課程將帶您深入了解天線的工作原理、性能參數和各種常見天線結構的設計方法。讓我們一起探索這個fascinating的無線通信世界！課程目標1掌握天線基本原理理解天線的工作機制和關鍵概念。2熟悉天線性能參數學習評估和優(yōu)化天線性能的關鍵指標。3了解常見天線結構探索各種天線類型及其應用場景。4掌握天線設計方法學習設計和優(yōu)化不同類型天線的技巧。什么是天線定義天線是一種將電磁波在導向媒質與自由空間之間進行轉換的裝置。功能發(fā)射模式：將電能轉換為電磁波輻射到空間。接收模式：捕獲空間電磁波并轉換為電能。天線基本工作原理電流振蕩交變電流在天線導體中產生振蕩。電磁場產生振蕩電流在天線周圍產生變化的電磁場。電磁波輻射電磁場以電磁波形式向外傳播。信息傳遞電磁波攜帶信息在空間傳播。天線的輻射模式定義天線在空間各個方向上輻射能量的分布特性。表現形式通常用三維立體圖或二維剖面圖表示。主瓣輻射最強的方向，決定天線的主要工作方向。副瓣次要輻射方向，通常希望盡量減小。天線的指向性概念天線將能量集中在特定方向上輻射的能力。度量通常用方向性系數或半功率波束寬度表示。應用高指向性天線用于點對點通信，低指向性用于廣播。天線的增益1增益定義天線在特定方向上的輻射強度與理想全向天線的比值。2單位通常用dBi（相對于全向天線）或dBd（相對于半波偶極子）表示。3影響因素天線的指向性和效率共同決定增益。4應用考慮高增益天線適用于遠距離通信，但覆蓋范圍較窄。天線的極化定義電磁波電場矢量隨時間變化的軌跡特性。主要類型線性極化（水平或垂直）圓極化（左旋或右旋）橢圓極化天線的阻抗復阻抗天線輸入端的電阻和電抗組成，影響能量傳輸效率。匹配重要性阻抗匹配可最大化功率傳輸，減少反射損耗。常見值許多天線設計為50Ω或75Ω，與標準傳輸線匹配。調節(jié)方法通過調整天線結構或使用匹配網絡實現阻抗匹配。天線的駐波比1定義反映天線與傳輸線阻抗匹配程度的參數。2計算最大電壓與最小電壓之比，理想值為1。3實際應用通常VSWR小于2認為是可接受的。4影響高VSWR會導致信號反射，降低系統(tǒng)效率。天線的損耗導體損耗由天線材料的電阻引起的能量損失。介質損耗天線周圍介質吸收能量造成的損失。輻射損耗有效輻射的能量，是天線的目標輸出。天線的帶寬定義天線保持良好性能的頻率范圍。表示方法通常用中心頻率的百分比或絕對頻率范圍表示。影響因素天線尺寸、結構和材料都會影響帶寬。應用考慮寬帶天線適用于多頻段或高數據率通信。常見天線結構二極管天線結構由兩個相等長度的導體組成，中間有一個饋電點。特點結構簡單，易于制作全向性輻射模式適用于廣播和移動通信半波二極管天線0.5λ總長度天線總長度約為工作波長的一半。73Ω輸入阻抗理想狀態(tài)下的輸入阻抗，易于匹配。2.15dBi增益在自由空間中的理論增益值。膝彎半波二極管天線結構修改將直線二極管天線兩端向下彎曲。尺寸減小可減小天線的整體長度，適應空間限制。性能調整通過彎曲角度調整阻抗和輻射特性。折半二極管天線設計原理將半波二極管對折，形成緊湊結構。優(yōu)勢尺寸減小約50%保持類似的輻射特性適用于空間受限場景漏泄電纜天線結構特殊同軸電纜，外導體有周期性開槽。工作原理通過開槽實現電磁波的連續(xù)輻射或接收。應用隧道、地鐵等封閉空間的無線覆蓋。微帶天線1頂層輻射貼片通常為金屬材料，決定天線的輻射特性。2介質基板影響天線的頻率特性和尺寸。3底層接地平面提供電磁屏蔽和反射。4饋電結構可采用微帶線、探針或縫隙耦合等方式。各向同性天線定義在所有方向上輻射強度相等的理想天線?，F實性實際中不存在，但作為理論參考和性能比較基準。應用用于定義天線增益單位dBi和計算無線鏈路預算。近似實現某些天線設計可在特定平面內接近各向同性特性。單極天線結構由一個垂直輻射元件和一個接地平面組成。特點結構簡單，易于安裝垂直極化在水平面內全向輻射二極管天線設計1確定頻率選擇工作頻率和帶寬要求。2計算長度根據波長計算天線總長度和每個臂的長度。3選擇材料考慮導電性、重量和環(huán)境因素選擇合適材料。4饋電設計設計匹配網絡，實現阻抗匹配。兩極天線設計結構設計確定兩個極的長度和間距。饋電方式選擇合適的饋電點和方法。阻抗匹配設計匹配網絡優(yōu)化能量傳輸。性能仿真使用電磁仿真軟件驗證設計。半波二極管天線設計0.95長度系數實際長度通常為理論長度的95%。2臂數量兩個相等長度的導體臂。50Ω阻抗匹配通常設計為與50Ω傳輸線匹配。四元對稱二極管天線設計結構布局四個二極管呈90度角排列。極化特性可實現圓極化或雙極化。增益提升相比單個二極管有更高增益。折半二極管天線設計1確定頻率選擇目標工作頻率。2計算總長約為半波長的95%。3折疊設計決定折疊形狀和間距。4阻抗調整通過折疊結構微調輸入阻抗。漏泄電纜天線設計關鍵參數電纜類型選擇開槽間距和形狀工作頻率范圍設計考慮需平衡傳輸損耗和輻射效率。開槽設計影響輻射特性和頻帶寬度。微帶天線設計1確定基板材料選擇合適的介電常數和厚度。2計算貼片尺寸根據工作頻率確定長寬。3設計饋電結構選擇合適的饋電方式和位置。4仿真優(yōu)化通過電磁仿真軟件優(yōu)化性能。各向同性天線設計理論限制完美各向同性天線在實際中無法實現。近似方法使用特殊結構如螺旋或多元陣列來接近各向同性特性。性能權衡通常需要在方向性和帶寬之間進行折衷。應用場景適用于需要全方位覆蓋的移動通信和衛(wèi)星系統(tǒng)。單極天線設計1長度計算通常為四分之一波長。2接地平面設計足