天線基礎(chǔ)知識(shí)-健博通

1、天線基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)天線基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)廣東健博通科技股份有限公司 技術(shù)部天天 線線 與電與電 波波 傳傳 播播1天線天線1.1 天線的作用與地位天線的作用與地位 無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)功率，通過(guò)饋線（電纜）輸送到天線，無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)功率，通過(guò)饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接下來(lái)由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接下來(lái)（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過(guò)饋線送到無(wú)線電接收機(jī)?？桑▋H僅接收很小很小一部分功率），并通過(guò)饋線送到無(wú)線電接收機(jī)?？梢?jiàn)，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個(gè)重要的無(wú)線電設(shè)備，沒(méi)有天線也就見(jiàn)，天線是發(fā)射

2、和接收電磁波的一個(gè)重要的無(wú)線電設(shè)備，沒(méi)有天線也就沒(méi)有無(wú)線電通信。沒(méi)有無(wú)線電通信。 天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場(chǎng)合、不同要求等天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場(chǎng)合、不同要求等不同情況下使用。不同情況下使用。 對(duì)于眾多品種的天線，進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸?lèi)是必要的：對(duì)于眾多品種的天線，進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸?lèi)是必要的： 按用按用途分類(lèi)途分類(lèi) 可分為通信天線、電視天線、雷達(dá)天線等；可分為通信天線、電視天線、雷達(dá)天線等； 按工作按工作頻段分類(lèi)頻段分類(lèi) 可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；可分為短波天線、超短波天線、微波天線等； 按方向性按方向性分類(lèi)分類(lèi) 可分為全向天線、定向天線等；可分為全向天

3、線、定向天線等； 按外形分類(lèi)按外形分類(lèi) 可分為線狀天線、面狀天線等可分為線狀天線、面狀天線等.天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)天線天線* 電磁波的輻射電磁波的輻射 導(dǎo)線上有交變電流流動(dòng)時(shí)，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)度和形導(dǎo)線上有交變電流流動(dòng)時(shí)，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)度和形狀有關(guān)。如狀有關(guān)。如 圖1.1 a 所示，若兩導(dǎo)線的距離很近，電場(chǎng)被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微所示，若兩導(dǎo)線的距離很近，電場(chǎng)被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開(kāi)，如弱；將兩導(dǎo)線張開(kāi)，如 圖1.1 b 所示，電場(chǎng)就散播在周?chē)臻g，因而輻射增強(qiáng)。所示，電場(chǎng)就散播在周?chē)臻g，因而輻

4、射增強(qiáng)。 必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度 L 遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng) 時(shí)，輻射很微弱；導(dǎo)線的長(zhǎng)度時(shí)，輻射很微弱；導(dǎo)線的長(zhǎng)度 L 增大到可與增大到可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。波長(zhǎng)相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)圖1.1 a圖1.1 b電磁波的輻射電磁波的輻射1.2 對(duì)稱(chēng)振子對(duì)稱(chēng)振子 對(duì)稱(chēng)振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個(gè)半波對(duì)稱(chēng)振子可簡(jiǎn)單地單獨(dú)對(duì)稱(chēng)振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個(gè)半波對(duì)稱(chēng)振子可簡(jiǎn)單地單獨(dú)立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個(gè)半波對(duì)稱(chēng)振子組成

5、天線陣。立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個(gè)半波對(duì)稱(chēng)振子組成天線陣。 兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱(chēng)振子。每臂長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)、全長(zhǎng)為二分之一波長(zhǎng)的兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱(chēng)振子。每臂長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)、全長(zhǎng)為二分之一波長(zhǎng)的振子，稱(chēng)半波對(duì)稱(chēng)振子振子，稱(chēng)半波對(duì)稱(chēng)振子, 見(jiàn)見(jiàn) 圖1.2 a 。 另外，還有一種異型半波對(duì)稱(chēng)振子，可看成是將全波對(duì)稱(chēng)振子折合成一個(gè)窄長(zhǎng)的矩形框，另外，還有一種異型半波對(duì)稱(chēng)振子，可看成是將全波對(duì)稱(chēng)振子折合成一個(gè)窄長(zhǎng)的矩形框，并把全波對(duì)稱(chēng)振子的兩個(gè)端點(diǎn)相疊，這個(gè)窄長(zhǎng)的矩形框稱(chēng)為折合振子，注意，折合振子的長(zhǎng)并把全波對(duì)稱(chēng)振子的兩個(gè)端點(diǎn)相疊，這個(gè)窄長(zhǎng)的矩形框稱(chēng)為折合振子，注

6、意，折合振子的長(zhǎng)度也是為二分之一波長(zhǎng)，故稱(chēng)為半波折合振子度也是為二分之一波長(zhǎng)，故稱(chēng)為半波折合振子, 見(jiàn)見(jiàn) 圖1.2 b 。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)1/4波長(zhǎng)波長(zhǎng)對(duì)稱(chēng)振子對(duì)稱(chēng)振子1/4波長(zhǎng)波長(zhǎng)1/2波長(zhǎng)波長(zhǎng)圖1.2 a圖1.2 b對(duì)稱(chēng)振子對(duì)稱(chēng)振子1.3 天線方向性的討論天線方向性的討論1.3.1 天線方向性天線方向性 發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周?chē)臻g輻射出去，基本功能之二發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周?chē)臻g輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。是把大部分能量朝所需的方向輻射。 垂直放置的半波對(duì)稱(chēng)振子具有平放的垂直放置的半波對(duì)稱(chēng)振子具有平放的

7、 “面包圈面包圈” 形形的的立體方向圖立體方向圖（圖（圖1.3.1 a）。）。 立體方向圖雖然立體感強(qiáng)，但繪制困難，立體方向圖雖然立體感強(qiáng)，但繪制困難， 圖圖1.3.1 b 與圖與圖1.3.1 c 給出了它的兩個(gè)給出了它的兩個(gè)主平面方向圖主平面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。從，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。從圖圖1.3.1 b 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1.3.1 c 可以看出，在水平面上各個(gè)方向上的輻射一樣大。可以看出，在水平面上各個(gè)方向上的輻射一樣大

8、。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)圖圖1.3.1 c 水平面方向圖水平面方向圖圖圖1.3.1 b 垂直面方向圖垂直面方向圖圖圖1.3.1 a 立體方向圖立體方向圖天線方向性的討論天線方向性的討論天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)1.3.2 天線方向性增強(qiáng)天線方向性增強(qiáng) 若干個(gè)對(duì)稱(chēng)振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生若干個(gè)對(duì)稱(chēng)振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈扁平的面包圈” ，把信號(hào)進(jìn)一步把信號(hào)進(jìn)一步集中到在水平面方向上。集中到在水平面方向上。 下圖是下圖是4個(gè)半波對(duì)稱(chēng)振子沿垂線上下排列成一個(gè)垂直四元陣時(shí)的個(gè)半波對(duì)稱(chēng)振子沿垂線上下排列成一個(gè)垂直四元陣時(shí)的立體方向圖和垂立體方向圖和垂直面直面方向圖。方向圖。

9、垂直面方向圖垂直面方向圖立體方向圖立體方向圖天線方向性增強(qiáng)天線方向性增強(qiáng)也可以利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向 平面反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形區(qū)覆蓋天線。下面的平面反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形區(qū)覆蓋天線。下面的水平面方向圖說(shuō)明了反反射射面面的作用的作用-反射面把功率反射到反射面把功率反射到單側(cè)方向，單側(cè)方向，提高了增益。提高了增益。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)全向陣全向陣（垂直陣列（垂直陣列 不帶平面反射板）不帶平面反射板） 拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學(xué)中的探照燈那樣，把能量集中到一拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學(xué)中的探照燈那樣，把

10、能量集中到一個(gè)小立體角內(nèi)，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構(gòu)成包括兩個(gè)基本要素：個(gè)小立體角內(nèi)，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構(gòu)成包括兩個(gè)基本要素：拋物反射面拋物反射面 和和 放置在拋物面焦點(diǎn)上的輻射源。放置在拋物面焦點(diǎn)上的輻射源。扇形區(qū)覆蓋扇形區(qū)覆蓋（垂直陣列（垂直陣列 帶平面反射板）帶平面反射板）平面反射板平面反射板利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)1.3.3 增益增益 增益增益是指：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一點(diǎn)處是指：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一

11、點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。增所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以這可以這樣來(lái)理解樣來(lái)理解增益增益的物理含義的物理含義-為在一定的距離上的某點(diǎn)處產(chǎn)生一定大小的信號(hào)，如果用為在一定的距離上的某點(diǎn)處產(chǎn)生一定大小的信號(hào)，如果用理想的無(wú)方向性點(diǎn)源作為發(fā)射天線，需要理想的無(wú)方向性點(diǎn)源作為發(fā)射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為的輸入功率，而用增益為 G = 13 dB =

12、 20 的某定向天線作為發(fā)射天線時(shí)，輸入功率只需的某定向天線作為發(fā)射天線時(shí)，輸入功率只需 100 / 20 = 5W . 換言之，某天線的換言之，某天線的增益，增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來(lái)說(shuō)，與無(wú)方向性的理想點(diǎn)源相比，把輸入功率放大的就其最大輻射方向上的輻射效果來(lái)說(shuō)，與無(wú)方向性的理想點(diǎn)源相比，把輸入功率放大的倍數(shù)。倍數(shù)。 半波對(duì)稱(chēng)振子的半波對(duì)稱(chēng)振子的增益為增益為G = 2.15 dBi ; 4個(gè)半波對(duì)稱(chēng)振子個(gè)半波對(duì)稱(chēng)振子 沿垂線上下排列，構(gòu)成一個(gè)垂直四元陣，其沿垂線上下排列，構(gòu)成一個(gè)垂直四元陣，其增益約為增益約為G = 8.15 dBi ( dBi這個(gè)單位表示比較對(duì)象是各向均勻輻射的理

13、想點(diǎn)源這個(gè)單位表示比較對(duì)象是各向均勻輻射的理想點(diǎn)源) 。 如果如果以半波對(duì)稱(chēng)振子作以半波對(duì)稱(chēng)振子作比較對(duì)象，則增益的單位是比較對(duì)象，則增益的單位是dBd . 半波對(duì)稱(chēng)振子的半波對(duì)稱(chēng)振子的增益為增益為G = 0 dBd （因?yàn)槭亲约焊约罕?，比值為（因?yàn)槭亲约焊约罕?，比值?，取對(duì)數(shù)得零，取對(duì)數(shù)得零值。）值。） ； 垂直四元陣，其垂直四元陣，其增益約為增益約為G = 8.15 2.15 = 6 dBd . 增益增益 1.3.4 波瓣寬度波瓣寬度 方向圖通常都有兩個(gè)或多個(gè)瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱(chēng)為主瓣，其余的瓣稱(chēng)為副瓣方向圖通常都有兩個(gè)或多個(gè)瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱(chēng)為主瓣，其余的瓣稱(chēng)為副瓣或

14、旁瓣。參見(jiàn)圖或旁瓣。參見(jiàn)圖1.3.4 a , 在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低 3 dB（功率密度降低一半）（功率密度降低一半）的兩點(diǎn)間的夾角定義為的兩點(diǎn)間的夾角定義為波瓣寬度（波瓣寬度（又稱(chēng)又稱(chēng) 波束寬度波束寬度 或或 主瓣寬度主瓣寬度 或或 半功率角半功率角）。波瓣寬度）。波瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。越窄，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。 還有一種還有一種波瓣寬度波瓣寬度，即，即 10dB波瓣寬度波瓣寬度，顧名思義它是方向圖中輻射強(qiáng)度降低，顧名思義它是方向圖中輻射強(qiáng)度降低 10dB （功率密度降至十分之一）（功率

15、密度降至十分之一） 的兩個(gè)點(diǎn)間的夾角，見(jiàn)圖的兩個(gè)點(diǎn)間的夾角，見(jiàn)圖1.3.4 b . 天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)3dB 波瓣寬度波瓣寬度 - 3dB點(diǎn)點(diǎn) - 3dB點(diǎn)點(diǎn)10dB 波瓣寬度波瓣寬度 -10dB點(diǎn)點(diǎn) - 10dB點(diǎn)點(diǎn)峰值方向峰值方向（最大輻射方向）（最大輻射方向）圖圖1.3.4 a圖圖1.3.4 b峰值方向峰值方向（最大輻射方向）（最大輻射方向）波瓣寬度波瓣寬度 天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)1.3.5 前后比前后比 方向圖中，前后瓣最大值之比稱(chēng)為前后比，記為方向圖中，前后瓣最大值之比稱(chēng)為前后比，記為 F / B 。前后比越大，天線的后向。前后比越大，天線的后向輻射（或接收）越小。前

16、后比輻射（或接收）越小。前后比F / B 的計(jì)算十分簡(jiǎn)單的計(jì)算十分簡(jiǎn)單- F / B = 10 Lg （前向功率密度）（前向功率密度） /（ 后向功率密度后向功率密度 ） 對(duì)天線的前后比對(duì)天線的前后比F / B 有要求時(shí)，其有要求時(shí)，其典型值為典型值為 （18 30）dB，特殊情況下則要求達(dá)，特殊情況下則要求達(dá)（35 40）dB . 前后比前后比 1.3.6 天線增益的若干近似計(jì)算式天線增益的若干近似計(jì)算式 1）天線主瓣寬度越窄，增益越高。對(duì)于一般天線，可用下式估算其增益：）天線主瓣寬度越窄，增益越高。對(duì)于一般天線，可用下式估算其增益： G（ dBi ） = 10 Lg 32000 / （ 2

17、3dB,E 23dB,H ） 式中，式中， 23dB,E 與與 23dB,H 分別為天線在兩個(gè)主平面上的波瓣寬度；分別為天線在兩個(gè)主平面上的波瓣寬度； 32000 是統(tǒng)計(jì)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。是統(tǒng)計(jì)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 2）對(duì)于拋物面天線，可用下式近似計(jì)算其增益：）對(duì)于拋物面天線，可用下式近似計(jì)算其增益： G（ dB i ） = 10 Lg 4.5 （ D / 0 ）2 式中，式中， D 為拋物面直徑；為拋物面直徑； 0 為中心工作波長(zhǎng)；為中心工作波長(zhǎng)； 4.5 是統(tǒng)計(jì)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。是統(tǒng)計(jì)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 3）對(duì)于直立全向天線，有近似計(jì)算式）對(duì)于直立全向天線，有近似計(jì)算式 G（ dBi ） = 10

18、Lg 2 L / 0 式中，式中， L 為天線長(zhǎng)度；為天線長(zhǎng)度； 0 為中心工作波長(zhǎng)；為中心工作波長(zhǎng)；天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)天線增益的若干近似計(jì)算式天線增益的若干近似計(jì)算式 1.3.7 上旁瓣抑制上旁瓣抑制 對(duì)于基站天線，人們常常要求它的垂直面（即對(duì)于基站天線，人們常常要求它的垂直面（即俯仰面俯仰面）方向圖中，主瓣上方第一旁瓣）方向圖中，主瓣上方第一旁瓣盡可能弱一些。這就是所謂的盡可能弱一些。這就是所謂的上旁瓣抑制上旁瓣抑制 。基站的服務(wù)對(duì)象是地面上的移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)，指基站的服務(wù)對(duì)象是地面上的移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)，指向天空的輻射是毫無(wú)意義的向天空的輻射是毫無(wú)意義的。 天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)上

19、旁瓣抑制上旁瓣抑制1.3.8 天線的下傾天線的下傾 為使主波瓣指向地面，安置時(shí)需要將天線適度下傾為使主波瓣指向地面，安置時(shí)需要將天線適度下傾。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)天線的下傾天線的下傾垂直極化垂直極化1.4 天線的極化天線的極化 天線向周?chē)臻g輻射電磁波。電磁波由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。人們規(guī)定：電場(chǎng)的方向天線向周?chē)臻g輻射電磁波。電磁波由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。人們規(guī)定：電場(chǎng)的方向就是天線極化方向。就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化垂直極化-是最常用的；水平極化是最常用的；水平極化-也是要被

20、用到的。也是要被用到的。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)水平極化水平極化EE天線的極化天線的極化垂直極化垂直極化1.4.1 雙極化天線雙極化天線 下圖示出了另兩種單極化的情況：下圖示出了另兩種單極化的情況：+45 極化極化 與與 -45 極化，它們僅僅在特殊場(chǎng)合下使用。極化，它們僅僅在特殊場(chǎng)合下使用。這樣，共有四種單極化了，見(jiàn)下圖。這樣，共有四種單極化了，見(jiàn)下圖。 把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，或者，把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，或者，把把 +45 極化和極化和 -45 極化兩種極化的天線組合在一起，就構(gòu)成了一種新的天線極化兩種極化的天線組合在一起，就構(gòu)成了一種新的

21、天線-雙極化天線。雙極化天線。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)水平極化水平極化+45 極化極化-45 極化極化EEEE雙極化天線雙極化天線 下圖示出了兩個(gè)單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化天線有兩下圖示出了兩個(gè)單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化天線有兩個(gè)接頭。個(gè)接頭。 雙極化天線輻射（或接收）兩個(gè)雙極化天線輻射（或接收）兩個(gè)極化在空間相互正交（垂直）的極化在空間相互正交（垂直）的波。波。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)V/H（垂直（垂直/水平）型水平）型 雙雙 極極 化化+ 45 / -45 型型 雙雙 極極 化化雙極化天線雙極化天線1.4.2 極化損失極化損失 垂

22、直極化波要用具有垂直極化特性的天線來(lái)接收，水平極化波要用具有水平極化特性垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來(lái)接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線來(lái)接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來(lái)接收，而左旋圓極化波要的天線來(lái)接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來(lái)接收，而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來(lái)接收。用具有左旋圓極化特性的天線來(lái)接收。 當(dāng)來(lái)波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，接收到的信號(hào)都會(huì)變小，也就是當(dāng)來(lái)波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，接收到的信號(hào)都會(huì)變小，也就是說(shuō)，發(fā)生說(shuō)，發(fā)生極化損失極化損失。例如：當(dāng)用。例如：當(dāng)用+ 45 極化天線接收垂

23、直極化或水平極化波時(shí)，或者，當(dāng)用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垂直極化天線接收 +45 極化或極化或 -45極化波時(shí)，等等情況下，都要產(chǎn)生極化損失。用圓極極化波時(shí)，等等情況下，都要產(chǎn)生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極化損失發(fā)生極化損失-只能接收到來(lái)波的一半能量。只能接收到來(lái)波的一半能量。 當(dāng)接收天線的極化方向與來(lái)波的極化方向完全正交時(shí)，例如用水平極化的接收天線接當(dāng)接收天線的極化方向與來(lái)波的極化方向完全正交時(shí)，例如用水平

24、極化的接收天線接收垂直極化的來(lái)波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來(lái)波時(shí)，天線就完全接收垂直極化的來(lái)波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來(lái)波時(shí)，天線就完全接收不到來(lái)波的能量，這種情況下極化損失為最大收不到來(lái)波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱(chēng)稱(chēng)極化完全隔離極化完全隔離。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)極化損失極化損失1.4.3 極化隔離極化隔離 理想的極化完全隔離是沒(méi)有的。饋送到一種極化的天線中去的信號(hào)多少總會(huì)有那么一點(diǎn)理想的極化完全隔離是沒(méi)有的。饋送到一種極化的天線中去的信號(hào)多少總會(huì)有那么一點(diǎn)點(diǎn)在另外一種極化的天線中出現(xiàn)。例如下圖所示的雙極化天線中，設(shè)輸入垂直極化天線的點(diǎn)在另外

25、一種極化的天線中出現(xiàn)。例如下圖所示的雙極化天線中，設(shè)輸入垂直極化天線的功率為功率為10W，結(jié)果在水平極化天線的輸出端測(cè)得的輸出功率為，結(jié)果在水平極化天線的輸出端測(cè)得的輸出功率為 10mW。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)垂直極化，垂直極化，10 W水平極化，水平極化，10 mW在這種情況下的在這種情況下的極化極化隔離為隔離為X = 10 Lg (10,000 mW / 10 mW) = 10 Lg (1000) = 30（dB）極化隔離極化隔離1.5 天線的輸入阻抗天線的輸入阻抗 Zin 定義：定義：天線輸入端信號(hào)電壓與信號(hào)電流之比，稱(chēng)為天線的輸入阻抗。天線輸入端信號(hào)電壓與信號(hào)電流之比，稱(chēng)為天線的

26、輸入阻抗。 輸入阻抗具輸入阻抗具有電阻分量有電阻分量 Rin 和電抗分量和電抗分量 Xin ，即，即 Zin = Rin + j Xin 。電抗分量的存在會(huì)減少天線從饋。電抗分量的存在會(huì)減少天線從饋線對(duì)信號(hào)功率的提取，因此，必須使電抗分量盡可能為零，也就是應(yīng)盡可能使天線的輸線對(duì)信號(hào)功率的提取，因此，必須使電抗分量盡可能為零，也就是應(yīng)盡可能使天線的輸入阻抗為純電阻。事實(shí)上，即使是設(shè)計(jì)、調(diào)試得很好的天線，其輸入阻抗中總還含有一入阻抗為純電阻。事實(shí)上，即使是設(shè)計(jì)、調(diào)試得很好的天線，其輸入阻抗中總還含有一個(gè)小的電抗分量值。個(gè)小的電抗分量值。 輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)、尺寸以及工作波長(zhǎng)有關(guān)，半波對(duì)稱(chēng)振子是最

27、重要的基本天輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)、尺寸以及工作波長(zhǎng)有關(guān)，半波對(duì)稱(chēng)振子是最重要的基本天線線 ，其輸入阻抗為，其輸入阻抗為 Zin = 73.142.5 (歐歐) 。當(dāng)把其長(zhǎng)度縮短（）時(shí)，就可以消。當(dāng)把其長(zhǎng)度縮短（）時(shí)，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，此時(shí)的輸入阻抗為除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，此時(shí)的輸入阻抗為 Zin = 73.1 (歐歐) ,（標(biāo)稱(chēng)（標(biāo)稱(chēng) 75 歐）歐） 。注意，嚴(yán)格的說(shuō)，純電阻性的天線輸入阻抗只是對(duì)點(diǎn)頻而言的。注意，嚴(yán)格的說(shuō)，純電阻性的天線輸入阻抗只是對(duì)點(diǎn)頻而言的。 順便指出，半波折合振子的輸入阻抗為半波對(duì)稱(chēng)振子的四倍，即順便指出，半波折合

28、振子的輸入阻抗為半波對(duì)稱(chēng)振子的四倍，即 Zin = 280 (歐歐) ,（標(biāo)稱(chēng)（標(biāo)稱(chēng)300歐）。歐）。 有趣的是，對(duì)于任一天線，人們總可通過(guò)天線阻抗調(diào)試，在要求的工作頻率范圍內(nèi)，有趣的是，對(duì)于任一天線，人們總可通過(guò)天線阻抗調(diào)試，在要求的工作頻率范圍內(nèi)，使輸入阻抗的虛部很小且實(shí)部相當(dāng)接近使輸入阻抗的虛部很小且實(shí)部相當(dāng)接近 50 歐，從而使得天線的輸入阻抗為歐，從而使得天線的輸入阻抗為Zin = Rin = 50 歐歐-這是天線能與饋線處于良好的阻抗匹配所必須的。這是天線能與饋線處于良好的阻抗匹配所必須的。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)天線的輸入阻抗天線的輸入阻抗 Zin1.6 天線的工作頻率范圍（

29、頻帶寬度）天線的工作頻率范圍（頻帶寬度） 無(wú)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）內(nèi)工作的，無(wú)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）內(nèi)工作的，天線的頻帶寬度有兩種不同的定義天線的頻帶寬度有兩種不同的定義- 一種是指：在駐波比一種是指：在駐波比SWR 1.5 條件下，天線的工作頻帶寬度；條件下，天線的工作頻帶寬度； 一種是指：天線增益下降一種是指：天線增益下降 3 分貝范圍內(nèi)的頻帶寬度。分貝范圍內(nèi)的頻帶寬度。 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具體的說(shuō)，天線的頻帶寬度就是天線的在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具體的說(shuō)，天線的頻帶寬度就

30、是天線的駐波比駐波比SWR 不超過(guò)不超過(guò) 1.5 時(shí)，天線的工作頻率范圍。時(shí)，天線的工作頻率范圍。 一般說(shuō)來(lái)，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個(gè)頻率點(diǎn)上一般說(shuō)來(lái)，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，但這種差異造成天線性能是有差異的，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。的性能下降是可以接受的。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)天線的工作頻率范圍（頻帶寬度天線的工作頻率范圍（頻帶寬度1.7 移動(dòng)通信常用的基站天線、直放站天線與室內(nèi)天線移動(dòng)通信常用的基站天線、直放站天線與室內(nèi)天線1.7.1 板狀天線板狀天線天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí) 無(wú)論是無(wú)論是GSM 還是還是CDMA， 板狀天線是用得最為普遍

31、的一類(lèi)極為重要板狀天線是用得最為普遍的一類(lèi)極為重要的基站天線。這種天線的優(yōu)點(diǎn)是：增益高、扇形區(qū)方向圖好、后瓣小、垂的基站天線。這種天線的優(yōu)點(diǎn)是：增益高、扇形區(qū)方向圖好、后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封性能直面方向圖俯角控制方便、密封性能 可靠以及使用壽命長(zhǎng)?？煽恳约笆褂脡勖L(zhǎng)。 板狀天線也常常被用作為直放站的用戶(hù)天線，根據(jù)作用扇形區(qū)的范圍板狀天線也常常被用作為直放站的用戶(hù)天線，根據(jù)作用扇形區(qū)的范圍大小，應(yīng)選擇相應(yīng)的天線型號(hào)。大小，應(yīng)選擇相應(yīng)的天線型號(hào)。移動(dòng)通信常用的基站天線、直放站天線與室內(nèi)天線移動(dòng)通信常用的基站天線、直放站天線與室內(nèi)天線1.7.1 a 基站板狀天線基本技術(shù)指標(biāo)示例基站板

32、狀天線基本技術(shù)指標(biāo)示例天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)頻率范圍頻率范圍頻帶寬度頻帶寬度增益增益極化極化標(biāo)稱(chēng)阻抗標(biāo)稱(chēng)阻抗電壓駐波比電壓駐波比半功率波束寬度半功率波束寬度前后比前后比下傾角（可調(diào)）下傾角（可調(diào)）垂直面上旁瓣抑制垂直面上旁瓣抑制824-960 MHz70MHz14 17 dBi垂直垂直50 Ohm 1.425dB 3 8 水平面水平面 60 120 垂直面垂直面 16 8 -12 dB互調(diào)互調(diào) 110 dBm基站板狀天線基本技術(shù)指標(biāo)示例基站板狀天線基本技術(shù)指標(biāo)示例 1.7.1 b 板狀天線高增益的形成板狀天線高增益的形成 天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)單個(gè)半波振子垂直面方向圖增益為 G =

33、 2.15 dB兩個(gè)半波振子垂直面方向圖增益為 G = 5.15 dB四個(gè)半波振子垂直面方向圖增益為 G = 8.15 dB單個(gè)半波振子兩個(gè)半波振子四個(gè)半波振子A. 采用多個(gè)半波振子排成一個(gè)垂直放置的直線陣采用多個(gè)半波振子排成一個(gè)垂直放置的直線陣板狀天線高增益的形成板狀天線高增益的形成天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)兩個(gè)半波振子（帶反射板）垂直面方向圖兩個(gè)半波振子（帶反射板）水平面方向圖反反射射板板 長(zhǎng)度為L(zhǎng)兩個(gè)半半波波振振子子反反射射板板寬度為W兩個(gè)半半波波振振子子兩個(gè)半波振子（帶反射板）兩個(gè)半波振子（帶反射板）在垂直面上的配置在垂直面上的配置兩個(gè)半波振子（帶反射板）兩個(gè)半波振子（帶反射板）在水

34、平面上的配置在水平面上的配置B. 在直線陣的一側(cè)加一塊反射板在直線陣的一側(cè)加一塊反射板 （以帶反射板的二半波振子垂直陣為例）（以帶反射板的二半波振子垂直陣為例）增益為 G = 11 14 dB板狀天線高增益的形成板狀天線高增益的形成天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí) 前面已指出，四個(gè)半波振子排成一個(gè)垂直放置的直線陣的增益前面已指出，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約為 8 dB；一側(cè)加有一個(gè)反射板的四元式直線陣，即常規(guī)板狀；一側(cè)加有一個(gè)反射板的四元式直線陣，即常規(guī)板狀天線，其增益約為天線，其增益約為 14 17 dB 。 一側(cè)加有一個(gè)反射板的八元式一側(cè)加有一個(gè)反射板的八元式直線陣，即加

35、長(zhǎng)型板狀天線，其增益約為直線陣，即加長(zhǎng)型板狀天線，其增益約為 16 19 dB . 不言而喻，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)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) 2.4 m 左右。左右。板狀天線高增益的形成板狀天線高增益的形成天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)1.7.2 高增益柵狀拋物面天線高增益柵狀拋物面天線 從性能價(jià)格比出發(fā)，人們常常選用從性能價(jià)格比出發(fā)，人們常常選用柵狀拋物面天柵狀拋物面天線線作為直放站施主天線。由于作為直放站施主天線。由于拋物面拋物面具有良好的聚焦具有良好的聚焦作用，所以?huà)佄锩嫣炀€集射能力強(qiáng)，直徑為作用，所以?huà)佄锩嫣炀€集射能力強(qiáng)，直徑為 1

36、.5 m 的的柵狀拋物面天線，柵狀拋物面天線，在在900兆頻段，其增益即可達(dá)兆頻段，其增益即可達(dá) G = 20 dB . 它特別適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，例如它常常被它特別適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，例如它常常被選用為直放站的施主天線。選用為直放站的施主天線。 拋物面采用柵狀結(jié)構(gòu)，一是為了減輕天線的重量，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。二是為了減少風(fēng)的阻力。 拋物面天線一般都能給出拋物面天線一般都能給出 不低于不低于 30 dB 的前后比的前后比 ，這也正是直放站系統(tǒng)防自激而對(duì)接收天線所提出的必這也正是直放站系統(tǒng)防自激而對(duì)接收天線所提出的必須滿(mǎn)足的技術(shù)指標(biāo)。須滿(mǎn)足的技術(shù)指標(biāo)

37、。高增益柵狀拋物面天線高增益柵狀拋物面天線天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)1.7.3 八木定向天線八木定向天線 八木定向天線，八木定向天線，具有增益較高、結(jié)構(gòu)輕巧、具有增益較高、結(jié)構(gòu)輕巧、架設(shè)方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。因此，它特別適架設(shè)方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。因此，它特別適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，例如它是室內(nèi)分布系統(tǒng)的用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，例如它是室內(nèi)分布系統(tǒng)的室外接收天線的首選天線類(lèi)型。室外接收天線的首選天線類(lèi)型。 八木定向天線的單元數(shù)越多，其增益越高，八木定向天線的單元數(shù)越多，其增益越高，通常采用通常采用 6 12 單元的八木定向天線，其增益單元的八木定向天線，其增益可達(dá)可達(dá) 1015 dB 。 八木定向天線

38、八木定向天線天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)1.7.4 室內(nèi)吸頂天線室內(nèi)吸頂天線 室內(nèi)吸頂天線必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、室內(nèi)吸頂天線必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。 現(xiàn)今市場(chǎng)上見(jiàn)到的室內(nèi)吸頂天線，外形花現(xiàn)今市場(chǎng)上見(jiàn)到的室內(nèi)吸頂天線，外形花色很多，但其內(nèi)芯的購(gòu)造幾乎都是一樣的。這色很多，但其內(nèi)芯的購(gòu)造幾乎都是一樣的。這種吸頂天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，雖然尺寸很小，但由種吸頂天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶理論的基礎(chǔ)上，借助計(jì)算機(jī)的于是在天線寬帶理論的基礎(chǔ)上，借助計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所輔助設(shè)計(jì)，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能很好地滿(mǎn)足在

39、非常寬的工作頻帶內(nèi)的駐波以能很好地滿(mǎn)足在非常寬的工作頻帶內(nèi)的駐波比要求，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在很寬的頻帶內(nèi)工作比要求，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在很寬的頻帶內(nèi)工作的天線其駐波比指標(biāo)為的天線其駐波比指標(biāo)為VSWR 2 。當(dāng)然，能達(dá)。當(dāng)然，能達(dá)到到VSWR 1.5 更好。順便指出，更好。順便指出，室內(nèi)吸頂天線室內(nèi)吸頂天線屬于低增益天線屬于低增益天線, 一般為一般為 G = 2 dB 。 室內(nèi)吸頂天線室內(nèi)吸頂天線天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)1.7.5 室內(nèi)壁掛天線室內(nèi)壁掛天線 室內(nèi)壁掛天線同樣必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美室內(nèi)壁掛天線同樣必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。觀、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。 現(xiàn)今市場(chǎng)上見(jiàn)到的室內(nèi)

40、吸頂天線，外形花色很現(xiàn)今市場(chǎng)上見(jiàn)到的室內(nèi)吸頂天線，外形花色很多，但其內(nèi)芯的購(gòu)造幾乎也都是一樣的。這種壁掛多，但其內(nèi)芯的購(gòu)造幾乎也都是一樣的。這種壁掛天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，屬于空氣介質(zhì)型微帶天線。由于天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，屬于空氣介質(zhì)型微帶天線。由于采用了展寬天線頻寬的輔助結(jié)構(gòu)，借助計(jì)算機(jī)的輔采用了展寬天線頻寬的輔助結(jié)構(gòu)，借助計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能較助設(shè)計(jì)，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能較好地滿(mǎn)足了工作寬頻帶的要求。順便指出，室內(nèi)壁好地滿(mǎn)足了工作寬頻帶的要求。順便指出，室內(nèi)壁掛天線具有一定的增益，約為掛天線具有一定的增益，約為G = 7 dB 。 室內(nèi)壁掛天線室內(nèi)壁掛天線

41、2 電波傳播的幾個(gè)基本概念電波傳播的幾個(gè)基本概念 目前目前GSM和和CDMA移動(dòng)通信使用的頻段為：移動(dòng)通信使用的頻段為： GSM：890 960 MHz , 1710 1880 MHz CDMA: 806 896 MHz 806 960 MHz 頻率范圍屬頻率范圍屬超短波超短波范圍；范圍； 1710 1880 MHz 頻率范圍屬頻率范圍屬微波微波范圍。范圍。 電波的頻率不同，或者說(shuō)波長(zhǎng)不同，其傳播特點(diǎn)也不完全相同，甚至很不相同。電波的頻率不同，或者說(shuō)波長(zhǎng)不同，其傳播特點(diǎn)也不完全相同，甚至很不相同。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)電波傳播的幾個(gè)基本概念電波傳播的幾個(gè)基本概念天線的基本知識(shí)天線的基本知

42、識(shí)2.1 電波的傳播損耗電波的傳播損耗 設(shè)發(fā)射功率為設(shè)發(fā)射功率為PT ( W ) ，發(fā)射天線增益為，發(fā)射天線增益為GT ( dB ) ，工作頻率為，工作頻率為f ( MHz ) . 接收功率為接收功率為PR ( W ) ，接收天線增益為，接收天線增益為GR ( dB ) ，收、發(fā)天線間距離為，收、發(fā)天線間距離為R ( km ) ，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單推導(dǎo)，可寫(xiě)得電波在，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單推導(dǎo)，可寫(xiě)得電波在自由空間的傳播損耗自由空間的傳播損耗 L0 為：為： L0 ( dB ) = 10 Lg（ PT / PR ） = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB

43、) - GR (dB) 舉例舉例 設(shè)：設(shè)：PT = 10 W = 40 dBmw ； GT = 10 dBi ； GR = 3 dBi ； f = 900MHz 問(wèn)：?jiǎn)枺篟 = 500 m 時(shí)，時(shí)， L0 ( dB ) = ？ , PR = ？ 解答：解答： (1)傳播損耗傳播損耗 L0 的計(jì)算的計(jì)算 L0 = 32.45 + 20 Lg 900 + 20 Lg 0.5 - 10 - 3 = 32.45 + 59.1 - 6 - 10 - 3 = 72.5 ( dB ) （2）接收功率接收功率PR 的計(jì)算的計(jì)算 PR = PT / ( 10 7.25 ) = 10 ( W ) / ( 10 7

44、.25 ) = 1 ( W ) / ( 10 0.725 ) = 1 ( W ) / 5.31 = 0.188 ( W ) 電波的傳播損耗電波的傳播損耗天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)* 電波傳播損耗的奧村經(jīng)驗(yàn)公式電波傳播損耗的奧村經(jīng)驗(yàn)公式 日本人日本人奧村，對(duì)奧村，對(duì)地面移動(dòng)通信的電波傳播問(wèn)題，做了大量的統(tǒng)計(jì)工作，并歸納出一個(gè)地面移動(dòng)通信的電波傳播問(wèn)題，做了大量的統(tǒng)計(jì)工作，并歸納出一個(gè)大城市適大城市適用的用的傳播損耗傳播損耗 Lb 經(jīng)驗(yàn)公式：經(jīng)驗(yàn)公式： Lb ( dB ) = 75 + 26 Lg f + 45 Lg R - GT ( dB ) - GR ( dB ) （ 14 + 6.5 Lg

45、 R ） Lg HT 3.2 Lg （12 HR ） 2 式中，式中， 收、發(fā)天線高度收、發(fā)天線高度HR 、 HT 單位為單位為 m . 舉例舉例 設(shè)：設(shè)：f = 900 MHz ； HT = 64 m ; HR = 2 m ； GT = 10 (dBi) ； GR = 3 (dBi) 問(wèn)：?jiǎn)枺篟 = 500 m 時(shí)，時(shí)， Lb = ？解：解： Lb = 75 + 26 Lg 900 + 45 Lg 0.5 （ 14 + 6.5 Lg 0.5 ） Lg 64 3.2 Lg （12 2 ） 2 = 75 + 76.8 13.5 21.7 6 = 110.6 ( dB )-可見(jiàn)，信號(hào)的衰減比自由空

46、間中要大得多！可見(jiàn)，信號(hào)的衰減比自由空間中要大得多！電波傳播損耗的奧村經(jīng)驗(yàn)公式電波傳播損耗的奧村經(jīng)驗(yàn)公式2.2 極限直視距離極限直視距離 超短波特別是微波，頻率很高，波長(zhǎng)很短，它的地表面波衰減很快，因此不能依靠地超短波特別是微波，頻率很高，波長(zhǎng)很短，它的地表面波衰減很快，因此不能依靠地表面波作較遠(yuǎn)距離的傳播。超短波特別是微波，主要是由空間波來(lái)傳播的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，空表面波作較遠(yuǎn)距離的傳播。超短波特別是微波，主要是由空間波來(lái)傳播的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，空間波是在空間范圍內(nèi)沿直線方向傳播的波。顯然，由于地球的曲率使空間波傳播存在一個(gè)間波是在空間范圍內(nèi)沿直線方向傳播的波。顯然，由于地球的曲率使空間波傳播存在一個(gè)極

47、限直視距離極限直視距離Rmax 。在最遠(yuǎn)直視距離之內(nèi)的區(qū)域，習(xí)慣上稱(chēng)為。在最遠(yuǎn)直視距離之內(nèi)的區(qū)域，習(xí)慣上稱(chēng)為照明區(qū)照明區(qū)；極限直視距離；極限直視距離Rmax以外的區(qū)域，則稱(chēng)為以外的區(qū)域，則稱(chēng)為陰影區(qū)。陰影區(qū)。不言而語(yǔ)，利用超短波、微波進(jìn)行通信時(shí)，接收點(diǎn)應(yīng)落在發(fā)不言而語(yǔ)，利用超短波、微波進(jìn)行通信時(shí)，接收點(diǎn)應(yīng)落在發(fā)射天線極限直視距離射天線極限直視距離Rmax內(nèi)。內(nèi)。 受地球曲率半徑的影響，極限直視距離受地球曲率半徑的影響，極限直視距離Rmax和發(fā)射天線與接收天線的高度和發(fā)射天線與接收天線的高度HT 與與 HR間的關(guān)系為間的關(guān)系為 ： Rmax 3.57 HT (m) +HR (m) (km)天線的

48、基本知識(shí)天線的基本知識(shí)RTRTRR接收天線高接收天線高HR 發(fā)射天線高發(fā)射天線高HT 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) (km) 由于電磁波的頻率遠(yuǎn)低于光波的頻率，電波傳播的由于電磁波的頻率遠(yuǎn)低于光波的頻率，電波傳播的有效直視距離有效直視距離 Re 約為約為 極限直視距離極限直視距離Rmax 的的 70% ，即，即 Re = 0.7 Rmax . 例如，例如，HT 與與 HR 分別為分別為 49 m 和和 1.7 m，則，則有效直視距離有效直視距離為為 Re = 24 km .

49、極限直視距離極限直視距離2.3 電波在平面地上的傳播特征電波在平面地上的傳播特征 由發(fā)射天線直接射到接收點(diǎn)的電波稱(chēng)為直射波；發(fā)射天線發(fā)出的指向地面的電波，被地由發(fā)射天線直接射到接收點(diǎn)的電波稱(chēng)為直射波；發(fā)射天線發(fā)出的指向地面的電波，被地面反射而到達(dá)接收點(diǎn)的電波稱(chēng)為反射波。顯然，接收點(diǎn)的信號(hào)應(yīng)該是直射波和反射波的合面反射而到達(dá)接收點(diǎn)的電波稱(chēng)為反射波。顯然，接收點(diǎn)的信號(hào)應(yīng)該是直射波和反射波的合成。電波的合成不會(huì)象成。電波的合成不會(huì)象 1 + 1 = 2 那樣簡(jiǎn)單地代數(shù)相加，合成結(jié)果會(huì)隨著直射波和反射波間那樣簡(jiǎn)單地代數(shù)相加，合成結(jié)果會(huì)隨著直射波和反射波間的波程差的不同而不同。波程差為半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)

50、，直射波和反射波信號(hào)相加，合成的波程差的不同而不同。波程差為半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，直射波和反射波信號(hào)相加，合成為最大；波程差為一個(gè)波長(zhǎng)的倍數(shù)時(shí)，直射波和反射波信號(hào)相減，合成為最小。可見(jiàn)，地為最大；波程差為一個(gè)波長(zhǎng)的倍數(shù)時(shí)，直射波和反射波信號(hào)相減，合成為最小。可見(jiàn)，地面反射的存在，使得信號(hào)強(qiáng)度的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜。面反射的存在，使得信號(hào)強(qiáng)度的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜。 實(shí)際測(cè)量指出：在一定的距離實(shí)際測(cè)量指出：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都會(huì)作起伏變之內(nèi)，信號(hào)強(qiáng)度隨距離或天線高度的增加都會(huì)作起伏變化；在一定的距離化；在一定的距離 Ri之外，隨距離的增加或天線高度的減少，信號(hào)強(qiáng)

51、度將。單調(diào)下降。理之外，隨距離的增加或天線高度的減少，信號(hào)強(qiáng)度將。單調(diào)下降。理論計(jì)算給出了這個(gè)論計(jì)算給出了這個(gè) Ri 和天線高度和天線高度 HT與與 HR 的關(guān)系式：的關(guān)系式： Ri = （4 HT HR ）/ ， 是波長(zhǎng)。是波長(zhǎng)。 不言而喻，不言而喻， Ri 必須小于極限直視距離必須小于極限直視距離Rmax 。天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)電波在平面地上的傳播特征電波在平面地上的傳播特征2.4 電波的多徑傳播電波的多徑傳播 在超短波、微波波段，電波在傳播過(guò)程中還會(huì)遇到障礙物在超短波、微波波段，電波在傳播過(guò)程中還會(huì)遇到障礙物(例如樓房、高大建筑物或山例如樓房、高大建筑物或山丘等丘等) 對(duì)電波產(chǎn)生

52、反射。因此，到達(dá)接收天線的含有多種反射波（廣意地說(shuō)，地面反射波也對(duì)電波產(chǎn)生反射。因此，到達(dá)接收天線的含有多種反射波（廣意地說(shuō)，地面反射波也應(yīng)包括在內(nèi)），這種現(xiàn)象叫為多徑傳播。應(yīng)包括在內(nèi)），這種現(xiàn)象叫為多徑傳播。 由于多徑傳輸，使得信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜，波動(dòng)很大，有的地方信號(hào)場(chǎng)由于多徑傳輸，使得信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜，波動(dòng)很大，有的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng)，有的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)減弱；也由于多徑傳輸?shù)挠绊?，還會(huì)使電波的極化方向發(fā)生變強(qiáng)增強(qiáng)，有的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)減弱；也由于多徑傳輸?shù)挠绊?，還會(huì)使電波的極化方向發(fā)生變化。另外，不同的障礙物對(duì)電波的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對(duì)超短波、微化。另

53、外，不同的障礙物對(duì)電波的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對(duì)超短波、微波的反射能力比磚墻強(qiáng)。我們應(yīng)盡量克服多徑傳輸效應(yīng)的負(fù)面影響，這也正是在通信質(zhì)量波的反射能力比磚墻強(qiáng)。我們應(yīng)盡量克服多徑傳輸效應(yīng)的負(fù)面影響，這也正是在通信質(zhì)量要求較高的通信網(wǎng)中，人們常常采用空間分集技術(shù)或極化分集技術(shù)的緣由。要求較高的通信網(wǎng)中，人們常常采用空間分集技術(shù)或極化分集技術(shù)的緣由。 天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)電波的多徑傳播電波的多徑傳播2.5 電波的繞射傳播電波的繞射傳播 在傳播途徑中遇到大障礙物時(shí)，電波會(huì)繞過(guò)障礙物向前傳播，這種現(xiàn)象叫做電波的繞在傳播途徑中遇到大障礙物時(shí)，電波會(huì)繞過(guò)障礙物向前傳播，這種現(xiàn)象叫做電波

54、的繞射。超短波、微波的頻率較高，波長(zhǎng)短，繞射能力弱，在高大建筑物后面信號(hào)強(qiáng)度小，形射。超短波、微波的頻率較高，波長(zhǎng)短，繞射能力弱，在高大建筑物后面信號(hào)強(qiáng)度小，形成所謂的成所謂的“陰影區(qū)陰影區(qū)”。信號(hào)質(zhì)量受到影響的程度，不僅和建筑物的高度有關(guān)，和接收天線。信號(hào)質(zhì)量受到影響的程度，不僅和建筑物的高度有關(guān)，和接收天線與建筑物之間的距離有關(guān)，還和頻率有關(guān)。與建筑物之間的距離有關(guān)，還和頻率有關(guān)。 例如有一個(gè)建筑物，其高度為例如有一個(gè)建筑物，其高度為 10 米，在建筑物后面距離米，在建筑物后面距離200 米處，接收的信號(hào)質(zhì)量幾米處，接收的信號(hào)質(zhì)量幾乎不受影響，但在乎不受影響，但在 100 米處，接收信號(hào)場(chǎng)

55、強(qiáng)比無(wú)建筑物時(shí)明顯減弱。注意，誠(chéng)如上面所說(shuō)米處，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無(wú)建筑物時(shí)明顯減弱。注意，誠(chéng)如上面所說(shuō)過(guò)的那樣，減弱程度還與信號(hào)頻率有關(guān)，對(duì)于過(guò)的那樣，減弱程度還與信號(hào)頻率有關(guān)，對(duì)于 216 223 兆赫的電視射頻信號(hào)，接收信號(hào)兆赫的電視射頻信號(hào)，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無(wú)建筑物時(shí)低場(chǎng)強(qiáng)比無(wú)建筑物時(shí)低16 dB，對(duì)于，對(duì)于 900 兆赫的手機(jī)射頻信號(hào)，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無(wú)建筑物時(shí)低兆赫的手機(jī)射頻信號(hào)，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無(wú)建筑物時(shí)低22dB . 如果建筑物高度增加到如果建筑物高度增加到 50 米，則在距建筑物米，則在距建筑物 1000 米以?xún)?nèi)，接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)都將受到米以?xún)?nèi)，接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)都將受到影響而減弱。也就是說(shuō)

56、，頻率越高、建筑物越高、接收天線與建筑物越近，信號(hào)強(qiáng)度與通影響而減弱。也就是說(shuō)，頻率越高、建筑物越高、接收天線與建筑物越近，信號(hào)強(qiáng)度與通信質(zhì)量受影響程度越大；相反，頻率越低，建筑物越矮、接收天線與建筑物越遠(yuǎn)，影響越信質(zhì)量受影響程度越大；相反，頻率越低，建筑物越矮、接收天線與建筑物越遠(yuǎn)，影響越小。小。 因此，選擇基站場(chǎng)地以及架設(shè)天線時(shí)，一定要考慮到繞射傳播可能產(chǎn)生的各種不利影因此，選擇基站場(chǎng)地以及架設(shè)天線時(shí)，一定要考慮到繞射傳播可能產(chǎn)生的各種不利影響，注意到對(duì)繞射傳播起影響的各種因素。響，注意到對(duì)繞射傳播起影響的各種因素。 天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)電波的繞射傳播電波的繞射傳播 3 傳輸線的幾

57、個(gè)基本概念傳輸線的幾個(gè)基本概念 連接天線和發(fā)射機(jī)輸出端（或接收機(jī)輸入端）的電纜稱(chēng)為傳輸線或饋線。傳輸線的主要連接天線和發(fā)射機(jī)輸出端（或接收機(jī)輸入端）的電纜稱(chēng)為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務(wù)是有效地傳輸信號(hào)能量，因此，它應(yīng)能將發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)功率以最小的損耗傳送到任務(wù)是有效地傳輸信號(hào)能量，因此，它應(yīng)能將發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)功率以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端，或?qū)⑻炀€接收到的信號(hào)以最小的損耗傳送到接收機(jī)輸入端，同時(shí)它本發(fā)射天線的輸入端，或?qū)⑻炀€接收到的信號(hào)以最小的損耗傳送到接收機(jī)輸入端，同時(shí)它本身不應(yīng)拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號(hào)，這樣，就要求傳輸線必須屏蔽。身不應(yīng)拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號(hào)，這樣，就要求傳輸

58、線必須屏蔽。 順便指出，當(dāng)傳輸線的物理長(zhǎng)度等于或大于所傳送信號(hào)的波長(zhǎng)時(shí)，傳輸線又叫做長(zhǎng)線。順便指出，當(dāng)傳輸線的物理長(zhǎng)度等于或大于所傳送信號(hào)的波長(zhǎng)時(shí)，傳輸線又叫做長(zhǎng)線。3.1 傳輸線的種類(lèi)傳輸線的種類(lèi) 超短波段的傳輸線一般有兩種：平行雙線傳輸線和同軸電纜傳輸線；微波波段的傳輸線超短波段的傳輸線一般有兩種：平行雙線傳輸線和同軸電纜傳輸線；微波波段的傳輸線有同軸電纜傳輸線、波導(dǎo)和微帶。平行雙線傳輸線由兩根平行的導(dǎo)線組成它是對(duì)稱(chēng)式或平有同軸電纜傳輸線、波導(dǎo)和微帶。平行雙線傳輸線由兩根平行的導(dǎo)線組成它是對(duì)稱(chēng)式或平衡式的傳輸線，這種饋線損耗大，不能用于衡式的傳輸線，這種饋線損耗大，不能用于UHF頻段。同軸

59、電纜傳輸線的兩根導(dǎo)線分別為頻段。同軸電纜傳輸線的兩根導(dǎo)線分別為芯線和屏蔽銅網(wǎng)，因銅網(wǎng)接地，兩根導(dǎo)體對(duì)地不對(duì)稱(chēng)，因此叫做不對(duì)稱(chēng)式或不平衡式傳輸芯線和屏蔽銅網(wǎng)，因銅網(wǎng)接地，兩根導(dǎo)體對(duì)地不對(duì)稱(chēng)，因此叫做不對(duì)稱(chēng)式或不平衡式傳輸線。同軸電纜工作頻率范圍寬，損耗小，對(duì)靜電耦合有一定的屏蔽作用，但對(duì)磁場(chǎng)的干擾線。同軸電纜工作頻率范圍寬，損耗小，對(duì)靜電耦合有一定的屏蔽作用，但對(duì)磁場(chǎng)的干擾卻無(wú)能為力。使用時(shí)切忌與有強(qiáng)電流的線路并行走向，也不能靠近低頻信號(hào)線路。卻無(wú)能為力。使用時(shí)切忌與有強(qiáng)電流的線路并行走向，也不能靠近低頻信號(hào)線路。 天線的基本知識(shí)天線的基本知識(shí)傳輸線的幾個(gè)基本概念傳輸線的幾個(gè)基本概念3.2 傳輸

60、線的特性阻抗傳輸線的特性阻抗 無(wú)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，用無(wú)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0 表示。表示。 同軸電纜的特性阻抗的計(jì)算公式為同軸電纜的特性阻抗的計(jì)算公式為 。60/rLog ( D/d ) 歐歐。 式中，式中，D 為同軸電纜外導(dǎo)體銅網(wǎng)內(nèi)徑；為同軸電纜外導(dǎo)體銅網(wǎng)內(nèi)徑； d 為同軸電纜芯線外徑；為同軸電纜芯線外徑； r為導(dǎo)體間絕緣介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。為導(dǎo)體間絕緣介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。通常通常0 = 50 歐歐 ，也有，也有0 = 75 歐的。歐的。 由上式不難看出，饋線特性阻抗只與導(dǎo)體直徑由上式不難看出，饋線特性阻抗只與導(dǎo)