天線與電磁波

1、本部分重點本部分重點: 熟悉并掌握無線電波的基本知識熟悉并掌握無線電波的基本知識 熟悉并掌握天線的基本知識熟悉并掌握天線的基本知識 第一部分第一部分 基本概念基本概念基本概念基本概念電磁波的概念電磁波的概念 電磁波的傳播電磁波的傳播 什么叫無線電波？什么叫無線電波？ 無線電波是一種能量傳輸形式，在傳播過程中，電場和磁無線電波是一種能量傳輸形式，在傳播過程中，電場和磁 場在空間是相互垂直的，同時這兩者又都垂直于傳播方向。場在空間是相互垂直的，同時這兩者又都垂直于傳播方向?；靖拍罨靖拍铍姶挪ǖ母拍铍姶挪ǖ母拍罨靖拍罨靖拍铍姶挪ǖ母拍铍姶挪ǖ母拍?無線電波的極化無線電波的極化 無線電波在空間

2、傳播時，其電場方向是按一定的規(guī)律無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規(guī)律而變化的，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。無線電波的而變化的，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。無線電波的電場方向稱為電波的極化方向。如果電波的電場方向垂電場方向稱為電波的極化方向。如果電波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極化波。如果電波的電場直于地面，我們就稱它為垂直極化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極化波方向與地面平行，則稱它為水平極化波。 無線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播媒質(zhì)有關。無無線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播媒質(zhì)有關。無線電波在真空中的傳播速度等于光速。我們用線電波在真空中的傳播速

3、度等于光速。我們用公里秒表示。在媒質(zhì)中的傳播速度為：公里秒表示。在媒質(zhì)中的傳播速度為：/，式中，式中為傳播媒質(zhì)的相對介電常數(shù)?？諝獾南鄬殡姙閭鞑ッ劫|(zhì)的相對介電常數(shù)。空氣的相對介電常數(shù)與真空的相對介電常數(shù)很接近，略大于。常數(shù)與真空的相對介電常數(shù)很接近，略大于。 無線電波在傳播時電波會減弱無線電波在傳播時電波會減弱 因此，無線電波在空因此，無線電波在空 氣中的傳播速度略氣中的傳播速度略小于小于光光 速，通常我們就認為它等速，通常我們就認為它等 于光速。于光速?；靖拍罨靖拍铍姶挪ǖ母拍铍姶挪ǖ母拍?無線電波的傳播方式無線電波的傳播方式基本概念基本概念電磁波的概念電磁波的概念直射直射直射是無線電

4、波在自由空間傳播的方式。反射反射當電磁波遇到比波長大得多的物體時，就會發(fā)生反射。反射常發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表面。繞射繞射當發(fā)射機和接收機之間的傳播路由被尖銳的邊緣阻擋時，就發(fā)生繞射。散射散射當電磁波的傳播路由上存在小于波長的物體，并且單位體積內(nèi)這種障礙物數(shù)目非常巨大時，就會發(fā)生散射。 衰落特性衰落特性基本概念基本概念電磁波的概念電磁波的概念衰落一般分為快衰落快衰落與慢衰落慢衰落兩種 慢衰落慢衰落 慢衰落是由接收點周圍地形地物對信號反射，使得信號電平在幾十米范圍內(nèi)有大幅度的變化，若MS在沒有任何障礙物的環(huán)境下移動，則某點信號電平與該點和發(fā)射機的距離有關。 快衰落快衰落 快衰落是疊加在慢衰

5、落的信號上的，這個衰落的速度很快，每秒鐘可達到幾十次，除與地形地物有關，還與MS的速度和信號的波長有關，并且幅度可達幾十個dB，信號的變化呈瑞利分布，也叫瑞利衰落。信號強度慢衰落快衰落移動臺路徑 對于移動通信的電波傳播對于移動通信的電波傳播, ,其衰落特性由下列已知其衰落特性由下列已知公式及圖示表征公式及圖示表征 - 自由空間的傳播衰耗： Lbs32.45+20lgD(km)+20lgf(MHz) (5) - 準平滑地形市區(qū)路徑傳播衰耗中值： LttLbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f) (6) Am(f,d)，Hb(hb,d)，Hm(hm,f)為相應的修正因子，其中An(

6、f,d)為基本衰耗中值，Hb(hb,d)為基站天線高度增益因子，Hm(hm,f)為移動天線高度增益因子 衰落特性衰落特性基本概念基本概念電磁波的概念電磁波的概念 該關系可用式 / 表示，其中為速度，單位 為米/秒；為頻率，單位為赫芝；為波長，單位為米。 由上述關系式不難看出，同一頻率的無線電波在不同的媒質(zhì)中傳播時，速度是不同的，因此波長也不一樣。 我們通常使用的聚四氟乙烯型絕緣同軸射頻電纜其相對介 電 常 數(shù) 約 為 2 . 1 ， 因 此 ， / 1 . 4 4 ，/1.44 。波長波長 無線電波的波長、頻率和傳播速度的關系無線電波的波長、頻率和傳播速度的關系基本概念基本概念電磁波的概念電磁

7、波的概念 超短波的傳播超短波的傳播基本概念基本概念電磁波的概念電磁波的概念 無線電波的波長不同，傳播特點也不完全相同。無線電波的波長不同，傳播特點也不完全相同。目前目前GSM和和CDMA移動通信使用的頻段都屬于移動通信使用的頻段都屬于UHF（特高頻）超短波段，其高端屬于微波。（特高頻）超短波段，其高端屬于微波。 超短波和微波的視距傳播超短波和微波的視距傳播 超短波和微波的頻率很高，波長較短，它的地面超短波和微波的頻率很高，波長較短，它的地面波衰減很快。因此也不能依靠地面波作較遠距離的傳波衰減很快。因此也不能依靠地面波作較遠距離的傳播，它主要是由空間波來傳播的?？臻g波一般只能沿播，它主要是由空間

8、波來傳播的?？臻g波一般只能沿直線方向傳播到直接可見的地方。在直視距離內(nèi)超短直線方向傳播到直接可見的地方。在直視距離內(nèi)超短波的傳播區(qū)域習慣上稱為波的傳播區(qū)域習慣上稱為“照明區(qū)照明區(qū)”。在直視距離內(nèi)。在直視距離內(nèi)超短波接收裝置才能穩(wěn)定地接收信號。超短波接收裝置才能穩(wěn)定地接收信號。 超短波和微波的視距傳播超短波和微波的視距傳播( (續(xù)上）續(xù)上）基本概念基本概念電磁波的概念電磁波的概念 直視距離和發(fā)射天線以及接收天線的高度有關系，并直視距離和發(fā)射天線以及接收天線的高度有關系，并受到地球曲率半徑的影響。由簡單的幾何關系式可知受到地球曲率半徑的影響。由簡單的幾何關系式可知: : AB AB3.57(HT+

9、HR)(3.57(HT+HR)(公里公里) ) 由于大氣層對超短波的折射作用，有效傳播直視距離由于大氣層對超短波的折射作用，有效傳播直視距離為為: AB: AB4.12 (HT+HR)(4.12 (HT+HR)(公里公里) )BARTRRO接收天線高HR發(fā)射天線高HT 電波的多徑傳播電波的多徑傳播基本概念基本概念電磁波的概念電磁波的概念 電波除了直接傳播外，遇到障礙物，例如，山丘、森林、電波除了直接傳播外，遇到障礙物，例如，山丘、森林、地面或樓房等高大建筑物，還會產(chǎn)生反射。因此，到達接收地面或樓房等高大建筑物，還會產(chǎn)生反射。因此，到達接收天線的超短波不僅有直射波，還有反射波，這種現(xiàn)象就叫多天線

10、的超短波不僅有直射波，還有反射波，這種現(xiàn)象就叫多徑傳輸。徑傳輸。 由于多途徑傳播使得信號場強分布相當復雜，波動很大；由于多途徑傳播使得信號場強分布相當復雜，波動很大；也由于多徑傳輸?shù)挠绊?，會使電波的極化方向發(fā)生變化，因也由于多徑傳輸?shù)挠绊懀瑫闺姴ǖ臉O化方向發(fā)生變化，因此，有的地方信號場強增強，有的地方信號場強減弱。另外，此，有的地方信號場強增強，有的地方信號場強減弱。另外，不同的障礙物對電波的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建不同的障礙物對電波的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對超短波的反射能力比磚墻強。我們應盡量避免多徑傳筑物對超短波的反射能力比磚墻強。我們應盡量避免多徑傳輸效應的影響。

11、同時可采取空間分集或極化分集的措施加以輸效應的影響。同時可采取空間分集或極化分集的措施加以對應。對應。 電波的多徑傳播電波的多徑傳播基本概念基本概念電磁波的概念電磁波的概念 電波的繞射傳播電波的繞射傳播基本概念基本概念電磁波的概念電磁波的概念 電波在傳播途徑上遇到障礙物時，總是力圖繞過障礙物，再向前傳播。電波在傳播途徑上遇到障礙物時，總是力圖繞過障礙物，再向前傳播。這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波的繞射能力較弱，在高大建筑物后面會這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波的繞射能力較弱，在高大建筑物后面會形成所謂的形成所謂的“陰影區(qū)陰影區(qū)”。信號質(zhì)量受到影響的程度不僅和接收天線距建筑。信號質(zhì)量受到影響的程度

12、不僅和接收天線距建筑物的距離及建筑物的高度有關，還和頻率有關。物的距離及建筑物的高度有關，還和頻率有關。例如一個建筑物的高度為米，在距建筑物米處接收的信號質(zhì)量幾乎不受影響，但在距建筑物米處，接收信號場強將比無高摟時明顯減弱。這時，如果接收的是兆赫的電視信號，接收信號場強比無高摟時減弱分貝，當接收兆赫的電視信號時，接收信號場強將比無高摟時減弱分貝。如果建筑物的高度增加到米時，則在距建筑物米以內(nèi)，接收信號的場強都將受到影響，因而有不同程度的減弱。也就是說，也就是說，頻率越高，建筑物越高、越近，影響越大。相反，頻率越低，建筑物越矮、頻率越高，建筑物越高、越近，影響越大。相反，頻率越低，建筑物越矮、越

13、遠，影響越小。越遠，影響越小。 因此，架設天線選擇基站場地時，必須按上述原則來考慮對繞射傳播因此，架設天線選擇基站場地時，必須按上述原則來考慮對繞射傳播可能產(chǎn)生的各種不利因素，并努力加以避免?？赡墚a(chǎn)生的各種不利因素，并努力加以避免。 用分集接收改善信號電平用分集接收改善信號電平基本概念基本概念電磁波的概念電磁波的概念B B l la ah h blahbl ahb la h 把從導線上傳下來的電信號做為無線電波發(fā)射到空間把從導線上傳下來的電信號做為無線電波發(fā)射到空間. 收集無線電波并產(chǎn)生電信號收集無線電波并產(chǎn)生電信號 天線的概念天線的概念基本概念基本概念天線的概念天線的概念 天線的作用作用就是

14、將傳輸線中的高頻電磁能轉(zhuǎn)化為自由空間的電磁波，或反之將自由空間的電磁波轉(zhuǎn)化為傳輸線中的高頻電磁能。 了解天線的相關性能，必須掌握自由空間中的電磁波相關知識及高頻傳輸?shù)南嚓P知識。 天線的作用天線的作用基本概念基本概念天線的概念天線的概念垂直極化垂直極化水平極化水平極化+ 45度傾斜的極化度傾斜的極化- 45度傾斜的極化度傾斜的極化 天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向 天線的極化天線的極化基本概念基本概念天線的概念天線的概念V/H (垂直垂直/水平水平)傾斜傾斜 (+/- 45) 雙極化天線雙極化天線基本概念基本概念天線的概念天線的概念 傳輸兩

15、個獨立的波，兩個天線為一個整體。傳輸兩個獨立的波，兩個天線為一個整體。 如果電波在傳播過程中電場的方向是旋轉(zhuǎn)的，就叫作橢圓極化波。如果電波在傳播過程中電場的方向是旋轉(zhuǎn)的，就叫作橢圓極化波。旋轉(zhuǎn)過程中，如果電場的幅度，即大小保持不變，我們就叫它為圓極旋轉(zhuǎn)過程中，如果電場的幅度，即大小保持不變，我們就叫它為圓極化波。向傳播方向看去順時針方向旋轉(zhuǎn)的叫右旋圓極化波，反時針方化波。向傳播方向看去順時針方向旋轉(zhuǎn)的叫右旋圓極化波，反時針方向旋轉(zhuǎn)的叫做左旋圓極化波。向旋轉(zhuǎn)的叫做左旋圓極化波。垂直極化波要用具有垂直極化特性的天垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收；水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收

16、；右旋圓線來接收；水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收；右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收；而左旋圓極化波要用極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收；而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。當來波的極化方向與接收天線的具有左旋圓極化特性的天線來接收。當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，在接收過程中通常都要產(chǎn)生極化損失，例如：當極化方向不一致時，在接收過程中通常都要產(chǎn)生極化損失，例如：當用圓極化天線接收任一線極化波，或用線極化天線接收任一圓極化波用圓極化天線接收任一線極化波，或用線極化天線接收任一圓極化波時，都要產(chǎn)生分貝的極化損失，即只能接收到來波的一半能

17、量。時，都要產(chǎn)生分貝的極化損失，即只能接收到來波的一半能量。 圓極化波圓極化波基本概念基本概念天線的概念天線的概念 當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，在接收過程當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，在接收過程 中通常都要產(chǎn)生極化損失，例如：當用圓極化天線接收任一線極化波中通常都要產(chǎn)生極化損失，例如：當用圓極化天線接收任一線極化波 ，或用線極化天線接收任一圓極化波時，都要產(chǎn)生分貝的極化損失，或用線極化天線接收任一圓極化波時，都要產(chǎn)生分貝的極化損失， 即只能接收到來波的一半能量；即只能接收到來波的一半能量； 當接收天線的極化方向（例如水平或右旋圓極化）與來波的極化當接收天線的極

18、化方向（例如水平或右旋圓極化）與來波的極化 方向（相應為垂直或左旋圓極化）完全正交時，接收天線也就完全接方向（相應為垂直或左旋圓極化）完全正交時，接收天線也就完全接 收不到來波的能量，這時稱來波與接收天線極化是隔離的。收不到來波的能量，這時稱來波與接收天線極化是隔離的。 極化損失極化損失基本概念基本概念天線的概念天線的概念 導線載有交變電流時，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導線的長短和形狀有關.如果導線位置如由于兩導線的距離很近，且兩導線所產(chǎn)生的感應電動勢幾乎可以抵消，因而輻射很微弱。如果將兩導線張開，這時由于兩導線的電流方向相同，由兩導線所產(chǎn)生的感應電動勢方向相同，因而輻射較強。當導線

19、的長度遠小于波長時，導線的電流很小，輻射很微弱. 當導線的長度增大到可與波長相比擬時，導線上的電流就大大增加，因而就能形成較強的輻射。通常將上述能產(chǎn)生顯著輻射的直導線稱為振子。 天線輻射電磁波的原理天線輻射電磁波的原理基本概念基本概念天線的原理天線的原理 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分 之一波長。全長與波長相等的振子，稱為全波對稱振子。之一波長。全長與波長相等的振子，稱為全波對稱振子。 將振子折合起來的，稱為折合振子。將振子折合起來的，稱為折合振子。波長波長1/2波長波長 一個一個1/2波長的對稱振子在波長的對稱振子在800MHz

20、約約 200mm長長 400MHz 約約 400mm 長長1/4波長波長1/4波長波長1/2波長波長振子振子 對稱振子對稱振子基本概念基本概念天線的概念天線的概念基本概念基本概念天線的原理天線的原理 半波振子上的場分布半波振子上的場分布 天線和饋線的連接端，即饋電點兩端感應的信號電壓與信號電流之比，天線和饋線的連接端，即饋電點兩端感應的信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗有電阻分量和電抗分量。輸入阻抗的電抗稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗有電阻分量和電抗分量。輸入阻抗的電抗分量會減少從天線進入饋線的有效信號功率。因此，必須使電抗分量盡可分量會減少從天線進入饋線的有效信號功率。因此，

21、必須使電抗分量盡可能為零，使天線的輸入阻抗為純電阻。能為零，使天線的輸入阻抗為純電阻。 輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)和工作波長有關，基本半波振子，即由中間對輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)和工作波長有關，基本半波振子，即由中間對稱饋電的半波長導線，其輸入阻抗為（稱饋電的半波長導線，其輸入阻抗為（73.173.142.542.5）歐姆。當把振子長）歐姆。當把振子長度縮短時，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為度縮短時，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，即使半波振子的輸入阻抗為純電阻，即使半波振子的輸入阻抗為73.173.1歐（標稱歐（標稱7575歐）。歐）。 而全長約為一個波長，且折合彎成

22、形管形狀由中間對稱饋電的折合而全長約為一個波長，且折合彎成形管形狀由中間對稱饋電的折合半波振子，可看成是兩個基本半波振子的并聯(lián)，而輸入阻抗為基本半波振半波振子，可看成是兩個基本半波振子的并聯(lián)，而輸入阻抗為基本半波振子輸入阻抗的四倍，即子輸入阻抗的四倍，即292292歐（標稱歐（標稱300300歐）。歐）。 天線的輸入阻抗天線的輸入阻抗基本概念基本概念天線的概念天線的概念 天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力。天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力。 對于接收天線而言，方向性表示天線對不同方向傳來的對于接收天線而言，方向性表示天線對不同方向傳來的 電波所具有的接收能力。天線的方

23、向性的特性曲線通常電波所具有的接收能力。天線的方向性的特性曲線通常 用方向圖來表示用方向圖來表示. . 方向圖可用來說明天線在空間各個方向上所具有的發(fā)方向圖可用來說明天線在空間各個方向上所具有的發(fā) 射或接收電磁波的能力。射或接收電磁波的能力。 天線的方向性天線的方向性基本概念基本概念天線的概念天線的概念 天線輻射電磁波是有方向性的，它表示天線向一定方天線輻射電磁波是有方向性的，它表示天線向一定方面輻射電磁波的能力。反之，作為接收天線的方向性表示面輻射電磁波的能力。反之，作為接收天線的方向性表示了它接收不同方向來的電磁波的能力。我們通常用垂直平了它接收不同方向來的電磁波的能力。我們通常用垂直平面

24、及水平平面上表示不同方向輻射（或接收）電磁波功率面及水平平面上表示不同方向輻射（或接收）電磁波功率大小的曲線來表示天線的方向性，并稱為天線輻射的方向大小的曲線來表示天線的方向性，并稱為天線輻射的方向圖。同時用半功率點之間的夾角表示了天線方向圖中的水圖。同時用半功率點之間的夾角表示了天線方向圖中的水平波束寬度及垂直波束寬度。平波束寬度及垂直波束寬度。 天線輻射的方向圖天線輻射的方向圖基本概念基本概念天線的概念天線的概念60 (eg)峰值峰值 - 3dB點點 - 3dB點點3dB 波束寬度波束寬度水平面方向圖水平面方向圖峰值峰值- 3dB點點- 3dB點點15 (eg)垂直面方向圖垂直面方向圖立體

25、方向圖立體方向圖 天線輻射的方向圖天線輻射的方向圖基本概念基本概念天線的概念天線的概念（垂直面波束圖）（垂直面波束圖）下旁瓣抑制下旁瓣抑制上旁瓣抑制上旁瓣抑制 天線輻射的方向圖天線輻射的方向圖基本概念基本概念天線的概念天線的概念 天線的方向圖天線的方向圖基本概念基本概念天線的概念天線的概念 無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻 率范圍內(nèi)工作的，通常，工作在中心頻率時天線所能輸率范圍內(nèi)工作的，通常，工作在中心頻率時天線所能輸 送的功率最大，偏離中心頻率時它所輸送的功率都將減送的功率最大，偏離中心頻率時它所輸送的功率都將減 小，據(jù)此可定義天線

26、的頻率帶寬。小，據(jù)此可定義天線的頻率帶寬。 有幾種不同的定義：有幾種不同的定義： 一種是指天線增益下降三分貝時的頻帶寬度；一種是指天線增益下降三分貝時的頻帶寬度； 一種是指在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度。一種是指在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度。 在移動通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說，就在移動通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說，就 是當天線的輸入駐波比是當天線的輸入駐波比1.51.5時，天線的工作帶寬。時，天線的工作帶寬。 天線的工作頻率范圍（帶寬）天線的工作頻率范圍（帶寬）基本概念基本概念天線的概念天線的概念在在 820 MHz 1/2 波長波長 為為 180mm, 在在890

27、 MHz 為為 170mm 175mm對對 850MHz 將是最佳的將是最佳的該天線的頻帶寬度該天線的頻帶寬度 = 890 - 820 = 70MHz 當天線的工作波長不是最佳時天線性能要下降，在天線工當天線的工作波長不是最佳時天線性能要下降，在天線工作頻帶內(nèi)，天線性能下降不多，仍然是可以接受的。作頻帶內(nèi)，天線性能下降不多，仍然是可以接受的。在在 850MHz 1/2 波長振波長振子最佳子最佳在在 890MHz天線振子天線振子在在820MHz 天線波長及頻帶與性能的關系天線波長及頻帶與性能的關系基本概念基本概念天線的概念天線的概念 天線的駐波比天線的駐波比基本概念基本概念天線的概念天線的概念天

28、線駐波比天線駐波比表示天饋線 與基站（收發(fā)信機）匹 配程度的指標。駐波比的定義：駐波比的定義： Umax饋線上波腹電壓； Umin饋線上波節(jié)電壓。ZA天線B饋線AZiABZinTZcUmaxUUmin是由于入射波能量傳輸?shù)教炀€輸入端B未被全部吸收（輻射）、產(chǎn)生反射波，迭加而形成的。VSWR越大，反射越大，匹配越差。那么，駐波比差，到底有哪些壞處？在工程上可以接受的 駐波比是多少？一個適當?shù)鸟v波比指標是要在損失能量的數(shù)量與制造成本之間進行折中權衡的。 1、VSWR1，說明輸進天線的功率有一部分被反射回來，從而降低了天線的輻射功率； 2、增大了饋線的損耗。7/8電纜損耗4dB/100m，是在VSW

29、R=1（全匹配）情況下測的；有了反射功率，就增大了能量損耗，從而降低了饋線向天線的輸入功率； 3、在饋線輸入端A，失配嚴重時，發(fā)射機T的輸出功率達不到設計額定值。 駐波比的產(chǎn)生駐波比的產(chǎn)生基本概念基本概念天線的概念天線的概念 經(jīng)過計算，駐波比對天線反射功率、所增大的饋線損耗與完全匹配（VSWR=1）時相比，所減小的總輻射功率的關系如下： VSRW=3.0 VSRW=3.0時時，天線反射25%的功率（1.25dB），饋線新增損耗0.9dB，與完全匹配（VSRW=1）相比，功率多損失40%(2.15dB)； VSWR=1.5 VSWR=1.5時時，天線反射4%的功率（0.17dB），饋線新增損耗0

30、.19dB，與完全匹配（VSWR=1）相比，功率多損失8%(0.36dB)； VSWR=1.4 VSWR=1.4時時，天線反射2.8%的功率（0.12dB），饋線新增損耗0.09dB，與完全匹配（VSWR=1）相比，功率多損失4.7%(0.21dB)； VSWR=1.3 VSWR=1.3時時，天線反射1.7%的功率（0.07dB），饋線新增損耗0.06dB，與完全匹配（VSWR=1）相比，功率多損失2.9%(0.13dB)。 可見，VSWR=1.3VSWR=1.3與與VSWR=1.5VSWR=1.5相比相比，功率損失僅減少了功率損失僅減少了0.23dB0.23dB，這在移動通信的衰落傳播中，影

31、響基本可以忽略影響基本可以忽略。然而天線的制造成本卻高得多。 駐波比的產(chǎn)生駐波比的產(chǎn)生基本概念基本概念天線的概念天線的概念頂視頂視側(cè)視側(cè)視 在地平面上，為了把信號集中到所需要的地方，要在地平面上，為了把信號集中到所需要的地方，要 求把求把“面包圈面包圈” ” 壓成扁平的壓成扁平的 一個單一的對稱振子具有一個單一的對稱振子具有“面包圈面包圈” ” 形的方向圖。形的方向圖。 天線的方向圖天線的方向圖基本概念基本概念天線的概念天線的概念 天線的增益天線的增益基本概念基本概念天線的概念天線的概念 增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線與增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線與 理想的輻射單元在空間

32、同一點處所產(chǎn)生的場強的平方理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的場強的平方 之比，即功率之比。增益一般與天線方向圖有關，方之比，即功率之比。增益一般與天線方向圖有關，方 向圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。向圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。在這兒增益在這兒增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd一個對稱臺振子一個對稱臺振子假設在接收機中假設在接收機中有1mW功率功率 在陣中有在陣中有4個對稱振子個對稱振子 在接收機中就在接收機中就有4 mW功率功率 更加集中的信號更加集中的信號 對稱振子對稱振子基本概念基本概念天線的概念天線的概念對稱振子組陣能夠控制輻射能構(gòu)成“扁平的面包圈”

33、 在我們的在我們的“扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線”中，反射面把功率聚焦到一個方向進一步提高了增益。中，反射面把功率聚焦到一個方向進一步提高了增益。這里這里, “扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線” 與單個對稱振子相比的增益為與單個對稱振子相比的增益為10log(8mW/1mW) = 9dBd “扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線 ”將在接收機中有將在接收機中有8mW功率功率 “全向陣全向陣” 例如在接收機中為例如在接收機中為4mW功率功率 (頂視)天線天線 利用反射板可把輻射能控制聚集到一個方向上，反反射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線。射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線。 天線方向圖天線方向圖基本概念基本概念天線的

34、概念天線的概念一個單一對稱振子具有面一個單一對稱振子具有面包圈形的方向圖輻射包圈形的方向圖輻射一個各向同性的輻射器在一個各向同性的輻射器在所有方向具有相同的輻射所有方向具有相同的輻射一個天線與對稱振子相比較一個天線與對稱振子相比較的增益的增益用用“dBd”表示表示一個天線與各向同性輻射器一個天線與各向同性輻射器相比較的增益用相比較的增益用“dBi”表示表示例如例如: 3dBd = 5.17dBi2.17dB 對稱振子的增益為對稱振子的增益為2.17dB dBddBd和和dBidBi的區(qū)別的區(qū)別基本概念基本概念天線的概念天線的概念以以dB表示的前后比表示的前后比 = 10 log 典型值為典型值

35、為 25dB 左右左右目的是有一個盡可能小的反向功率目的是有一個盡可能小的反向功率(前向功率前向功率)(反向功率反向功率) 方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。它大，天方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。它大，天線定向接收性能就好。基本半波振子天線的前后比為，所線定向接收性能就好?；景氩ㄕ褡犹炀€的前后比為，所以對來自振子前后的相同信號電波具有相同的接收能力。以對來自振子前后的相同信號電波具有相同的接收能力。前向功率前向功率 天線的前后比天線的前后比基本概念基本概念天線的概念天線的概念反向功率反向功率方位即水平面方向圖120 (eg)峰值峰值 - 10dB點點 - 10dB點點10dB

36、 波束寬度波束寬度60 (eg)峰值峰值 - 3dB點點 - 3dB點點3dB 波束寬度波束寬度15 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB32 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB俯仰面即垂直面方向圖 在方向圖中通常都有兩個瓣或多個瓣，其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣在方向圖中通常都有兩個瓣或多個瓣，其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩半功率點間的夾角定義為天線方向圖的波瓣寬度。稱為半功稱為副瓣。主瓣兩半功率點間的夾角定義為天線方向圖的波瓣寬度。稱為半功率（角）瓣寬。主瓣瓣寬越窄，則方向性越好，抗干擾能力越強。率（角）瓣寬。主瓣瓣寬越窄，則方

37、向性越好，抗干擾能力越強。 波瓣寬度波瓣寬度基本概念基本概念天線的概念天線的概念下旁瓣下旁瓣上旁瓣上旁瓣 方向圖旁瓣顯示方向圖旁瓣顯示基本概念基本概念天線的概念天線的概念基本概念基本概念天線的概念天線的概念 全向天線增益與垂直波瓣寬全向天線增益與垂直波瓣寬度度 9dBd9dBd全向天線全向天線基本概念基本概念天線的概念天線的概念 各類天線各類天線( (圖示圖示) )基本概念基本概念天線的概念天線的概念 拋物面天線拋物面天線基本概念基本概念天線的概念天線的概念0。、rFZD 由拋物反射面的幾何關由拋物反射面的幾何關系可得反射面的方程為：系可得反射面的方程為：在直角坐標中在直角坐標中r24F(FZ

38、) 在極坐標中在極坐標中 F/cos2( /2)式中式中F是焦距；是焦距；D是直徑；是直徑； 是焦點到反射面的距離；是焦點到反射面的距離； 是 與 是 與 Z 軸 的 夾 角 。軸 的 夾 角 。反射面的半張角反射面的半張角 0 0與與F/DF/D的的關系為：關系為：DFTan41210 拋物面天線的簡單幾何關系拋物面天線的簡單幾何關系 幾種常用的反射面天線幾種常用的反射面天線基本概念基本概念天線的概念天線的概念饋源主反射面副反射面反射面饋源反射面饋源副反射面饋源主反射面 按饋源的饋電位置可分為前饋和后饋，其中每一種又可分為正饋和偏饋。按饋源的饋電位置可分為前饋和后饋，其中每一種又可分為正饋和

39、偏饋。 按反射面的設置還可分為單反射面天線和雙反射面天線，雙反射面天線由按反射面的設置還可分為單反射面天線和雙反射面天線，雙反射面天線由一次（主）反射面和二次（副）反射面組成。一次（主）反射面和二次（副）反射面組成。 反射面天線的增益和瓣寬與天線饋源的方向圖形狀有關，與它對反射面天線的增益和瓣寬與天線饋源的方向圖形狀有關，與它對反射面邊緣的照射電平有關。如果饋源對反射面的照射是均勻的天線反射面邊緣的照射電平有關。如果饋源對反射面的照射是均勻的天線增益就高，但同時天線的旁瓣也高，抗干擾性能就差。通常情況下，增益就高，但同時天線的旁瓣也高，抗干擾性能就差。通常情況下，饋源照射呈鐘形分布。考慮增益和

40、旁瓣要求，在反射面邊緣的照射電饋源照射呈鐘形分布。考慮增益和旁瓣要求，在反射面邊緣的照射電平一般取平一般取-10-12dB. 口面直徑為口面直徑為D 的拋物反射面天線的增益和主瓣寬度可用下列公式的拋物反射面天線的增益和主瓣寬度可用下列公式近似計算：近似計算： 增益增益 主瓣寬度主瓣寬度 拋物面天線的增益與瓣寬拋物面天線的增益與瓣寬基本概念基本概念天線的概念天線的概念2DG度D705 .0 拋物面天線的帶寬拋物面天線的帶寬基本概念基本概念天線的概念天線的概念 它的工作帶寬主要取決于饋源的工作帶寬。極化方式也取決于它的工作帶寬主要取決于饋源的工作帶寬。極化方式也取決于饋源，當采用圓極化饋源時，對單反射面天線其極化旋向與饋源極饋源，當采用圓極化饋源時，對單反射面天線其極化旋向與饋源極化旋向相反，對雙反射面天線其極化旋向與饋源極化旋向相同。對化旋向相反，對雙反射面天線其極化旋向與饋源極化旋向相同。對于