天線的基本原理和指標(biāo)

1、天線天線各種天線各種天線B B l la ah h blahb l a hblah什么是天線？什么是天線？=將帶有各種信息的電信號(hào)以無(wú)線電波的形式沿指定方將帶有各種信息的電信號(hào)以無(wú)線電波的形式沿指定方向發(fā)射到天空向發(fā)射到天空=收集某個(gè)方向的無(wú)線電波能量并產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)收集某個(gè)方向的無(wú)線電波能量并產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào) 無(wú)線電波無(wú)線電波=是通過(guò)空間傳播的電磁能量的是通過(guò)空間傳播的電磁能量的“振動(dòng)振動(dòng)”=有點(diǎn)象小池塘上面的有點(diǎn)象小池塘上面的波紋波紋=他們?cè)诳臻g傳播的速度為他們?cè)诳臻g傳播的速度為 300,000,000m/sec300,000,000m/sec=波紋慢慢向外傳播波紋慢慢向外傳播=頻率就是頻率

2、就是“振動(dòng)振動(dòng)”的速度的速度或或1 1秒鐘內(nèi)波通過(guò)的次數(shù)（每秒周稱為赫茲，記為秒鐘內(nèi)波通過(guò)的次數(shù)（每秒周稱為赫茲，記為H Hz z，還有還有KHzKHz，MHzMHz，GHzGHz等）等） 波長(zhǎng)波長(zhǎng)低頻低頻 高頻高頻 頻率與波長(zhǎng)頻率與波長(zhǎng)=當(dāng)波向前傳播時(shí)，兩個(gè)連續(xù)周期之間的距離稱之當(dāng)波向前傳播時(shí)，兩個(gè)連續(xù)周期之間的距離稱之為波長(zhǎng)為波長(zhǎng)波長(zhǎng)波長(zhǎng)1/2波長(zhǎng)波長(zhǎng)A 1/2波長(zhǎng)偶極子：波長(zhǎng)偶極子： 800MHz 為為 200mm 長(zhǎng)長(zhǎng)400MHz 為為 400mm 長(zhǎng)長(zhǎng)1/4波長(zhǎng)波長(zhǎng)1/4波長(zhǎng)波長(zhǎng)1/2波長(zhǎng)波長(zhǎng)偶極子偶極子偶極子偶極子=偶極子在天線中一般用作輻射基礎(chǔ)偶極子在天線中一般用作輻射基礎(chǔ)=偶極

3、子的長(zhǎng)度與波長(zhǎng)成比例偶極子的長(zhǎng)度與波長(zhǎng)成比例82820 M MHz 11/2 2 波長(zhǎng) 18 180mmmm, 8 890 M MHz 17 170mmmm天線在 8 850M MHz最適合的 1 1/2 2 波長(zhǎng)為 17175mmmm天線帶寬 = 8 890 - 82 820 = 7 70M MHz頻率范圍頻率范圍=當(dāng)波長(zhǎng)不合適時(shí)，天線性能會(huì)下降當(dāng)波長(zhǎng)不合適時(shí)，天線性能會(huì)下降850MHz偶極子偶極子最適合最適合1/2波長(zhǎng)波長(zhǎng)at 890MHz天線偶極子天線偶極子at 820MHz=在一定頻率范圍內(nèi)，性能的下降是可以接受的在一定頻率范圍內(nèi)，性能的下降是可以接受的 頂視圖頂視圖側(cè)視圖側(cè)視圖天線把

4、無(wú)線電波能量天線把無(wú)線電波能量控制到哪兒去控制到哪兒去=需要在水平方向需要在水平方向 “ “壓扁壓扁”這個(gè)這個(gè)“圈餅圈餅”，用以，用以“濃縮濃縮”信號(hào)，使其能夠到達(dá)預(yù)期地方信號(hào)，使其能夠到達(dá)預(yù)期地方 =單一偶極子具有“圈餅”形方向圖性能的提高稱之為增益性能的提高稱之為增益. . 這里增益為這里增益為 = 10log(4mW/1mW) = 6dBd一個(gè)偶極子一個(gè)偶極子 接收接收1mW功率功率按陣列組合的幾個(gè)偶極子按陣列組合的幾個(gè)偶極子接收接收4mW功率功率更多的更多的濃縮濃縮信號(hào)信號(hào)把無(wú)線電波能量控制到哪兒去把無(wú)線電波能量控制到哪兒去. . “壓扁壓扁”這個(gè)這個(gè)“圈餅圈餅”=按陣列組合偶極子按陣

5、列組合偶極子“扇形扇形”天線的反射體具有向一個(gè)方向聚集能量的作用，天線的反射體具有向一個(gè)方向聚集能量的作用，進(jìn)一步提高了增益進(jìn)一步提高了增益這里這里, , 與單一偶極子相比，扇形天線的增益為與單一偶極子相比，扇形天線的增益為10log(8mW/1mW) = 9dBd“扇形陣列扇形陣列”接收接收8 8mWmW功率功率“全向陣列全向陣列”接收接收4 4mWmW功率功率(頂視圖)天線天線把無(wú)線電波能量控制到哪兒去把無(wú)線電波能量控制到哪兒去. . 聚集在一個(gè)方向聚集在一個(gè)方向=在陣列的一側(cè)放置一個(gè)反射體在陣列的一側(cè)放置一個(gè)反射體天線增益天線增益=當(dāng)輸入相同功率時(shí)，某一天線和無(wú)方向性天線在豬當(dāng)輸入相同功

6、率時(shí)，某一天線和無(wú)方向性天線在豬波束方向上，每單位立體角內(nèi)輻射功率之比。波束方向上，每單位立體角內(nèi)輻射功率之比。=天線將發(fā)射功率往某一指定方向集中輻射的能力。天線將發(fā)射功率往某一指定方向集中輻射的能力。一般是把天線最大輻射方向上的場(chǎng)強(qiáng)一般是把天線最大輻射方向上的場(chǎng)強(qiáng)E與理想各向與理想各向同性天線均勻輻射場(chǎng)強(qiáng)同性天線均勻輻射場(chǎng)強(qiáng)E0相比較相比較=從接收的角度看，也可以把增益理解為天線收取某從接收的角度看，也可以把增益理解為天線收取某一方向電磁波的能力，這時(shí)增益可表示為天線的有一方向電磁波的能力，這時(shí)增益可表示為天線的有效接收面積與與各向同性天線的接收面積的比值效接收面積與與各向同性天線的接收面積

7、的比值單一偶極子單一偶極子按按“圈餅圈餅”圖形輻射圖形輻射等向性輻射體等向性輻射體向所有方向均等輻射向所有方向均等輻射與偶極子相比，天線的增益記為與偶極子相比，天線的增益記為 “dBd”與等向性輻射體與等向性輻射體相比，天線的增益記相比，天線的增益記為為 “dBi”eg: 3dBd = 5.17dBidBd dBd 與與 dBidBi2.17dB偶極子的偶極子的 增益為增益為 2.17dB前后比前后比（dB） = 10 log（ ），），其典型值為其典型值為 25dB 目標(biāo)：盡可能降低反向功率目標(biāo)：盡可能降低反向功率 前向功率前向功率 后向功率后向功率前后比前后比=扇區(qū)天線前向輻射功率和后向輻

8、射功率之比扇區(qū)天線前向輻射功率和后向輻射功率之比后向功率后向功率前向功率前向功率波束寬度波束寬度=水平面方向圖120 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB10dB 波束寬度波束寬度60 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB3dB 波束寬度波束寬度15 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB32 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB=垂直面方向圖旁瓣旁瓣下旁瓣抑制下旁瓣抑制(dB)上旁瓣抑制上旁瓣抑制 (dB)天線下傾天線下傾=在波束的朝向上向下傾斜無(wú)下傾無(wú)下傾電子下傾電子下傾機(jī)械下傾機(jī)械下傾天線下傾天線下傾饋

9、線饋線 50 ohms 天線天線 50 ohms阻抗阻抗=阻抗是用來(lái)描述電磁能量是否能順暢通過(guò)的一個(gè)物阻抗是用來(lái)描述電磁能量是否能順暢通過(guò)的一個(gè)物理量理量=其測(cè)量單位為歐姆其測(cè)量單位為歐姆 ( ( ) )為獲得最佳性能，阻抗必須匹配為獲得最佳性能，阻抗必須匹配 80 ohms反射損耗反射損耗=阻抗不匹配，會(huì)引起電磁波反射，妨礙能量的有效阻抗不匹配，會(huì)引起電磁波反射，妨礙能量的有效傳遞傳遞9.5 W80 ohms50 ohms前向前向: 10W返回返回: 0.5W這里，反射損耗為：這里，反射損耗為：RL = 10log(10/0.5) = 13dB電壓駐波比電壓駐波比=阻抗匹配狀況的另一種表達(dá)形

10、式是電壓駐波比，用阻抗匹配狀況的另一種表達(dá)形式是電壓駐波比，用符號(hào)符號(hào)VSWRVSWR表示表示RL=20lg dBVSWR+1VSWR-1垂直極化垂直極化水平極化水平極化+ 45 斜極化斜極化- 45 斜極化斜極化極化極化=無(wú)線電波振動(dòng)的不同方向，稱之為極化雙極化天線雙極化天線=兩個(gè)天線放置在一個(gè)單元中V/H ( (垂直垂直/ /水平水平) )斜極化斜極化 (+/- 45)=兩路電磁波相互獨(dú)立極化隔離度極化隔離度=饋送到一個(gè)極化方向端口的信號(hào)在另一個(gè)極化方向端口輸出的程度1000mW (ie 1W)1mW本例中隔離度為：本例中隔離度為：10log(1000mW/1mW) = 30dB一個(gè)典型的天線技術(shù)說(shuō)明書(shū)摘要一個(gè)典型的天線技術(shù)說(shuō)明書(shū)摘要 頻率范圍頻率范圍MHzMHz820 - 890820 - 890 帶寬帶寬MHzMHz7070 增益增益dBidBi1515 極化極化VerticalVertical 阻抗阻抗 5050 反射損耗反射損耗dBdB1818 半功率半功率 (3 (3dB) dB) 波束寬度波束寬度 水平水平