無人機(jī)地面站系統(tǒng) 課件 天線基礎(chǔ)知識

無人機(jī)模塊4無人機(jī)地面數(shù)據(jù)終端認(rèn)知與維護(hù)數(shù)據(jù)鏈與指揮控制系統(tǒng)Contents系統(tǒng)概述指揮控制站地面數(shù)據(jù)終端起降引導(dǎo)站01020304目錄010203天線接收和發(fā)射原理天線的振子天線的主要參數(shù)01天線接收和發(fā)射原理把從導(dǎo)線上傳下來的電信號轉(zhuǎn)換為無線電波發(fā)射到空間收集無線電波并產(chǎn)生電信號什么是天線？能夠有效的向空間輻射電磁波或能夠有效的接收電磁波的裝置

天線應(yīng)能將導(dǎo)波能量盡可能多地轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪芰刻炀€應(yīng)使電磁波幾種與確定地方向上，即天線具有方向性天線應(yīng)發(fā)射或接收規(guī)定極化地電磁波，即天線有適當(dāng)?shù)貥O化天線應(yīng)具有足夠地工作頻帶天線的功能電磁波的發(fā)射與接收天線的輻射如果將兩導(dǎo)線張開，這時由于兩導(dǎo)線的電流方向相同，由兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相同，因而輻射較強(qiáng)。

當(dāng)張開部分的導(dǎo)線長度遠(yuǎn)小于波長時），導(dǎo)線的電流很小輻射很微弱；當(dāng)導(dǎo)線的長度增大到可與波長相差不是太遠(yuǎn)時（波長的1/2），導(dǎo)線上的電流就大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。因此，天線尺寸與波長相關(guān)，即與頻率相關(guān)，頻率越高，天線尺寸越小

天線的輻射波長×頻率=真空中的光速（常數(shù)）按波長分：中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線...按性能分：高增益天線、中增益天線...按指向分：全向天線、定向天線、扇區(qū)天線...按用途分：基站天線、電視天線、雷達(dá)天線、電臺天線...按結(jié)構(gòu)分：線天線、面天線...按系統(tǒng)類型分：單元天線、天線陣...按外型來分：鞭狀天線、拋物面天線、八木天線天線的分類拉線天線也稱導(dǎo)線天線或鋼索天線，是一種機(jī)載短波天線。飛機(jī)的遠(yuǎn)距離通信，比如在某些低速和亞聲速飛機(jī)上，仍然采用結(jié)構(gòu)簡單、效率高的拉線天線。拉線天線主要有Г形、T形、斜拉式三種，其中第三種是較為普遍采用的一種。例如國產(chǎn)的Y7飛機(jī)與H6飛機(jī)上，安裝的是無桅桿的傾斜式鋼索天線。經(jīng)過多年使用和改進(jìn)，這種天線在各種場合下維護(hù)簡便，方向圖也較好，一直被飛機(jī)設(shè)計師們優(yōu)先選用。這種天線以典型的導(dǎo)線天線作為饋電終端（位于機(jī)身的下半部），另一端與機(jī)尾或接地小飛機(jī)絕緣，兼具閃電保護(hù)功能。但對于更高性能的噴氣式飛機(jī)來說，這種天線會產(chǎn)生氣動阻力，這就要求相對于機(jī)身的讀出角度最小。拉線天線的優(yōu)點(diǎn)是花費(fèi)低，易于根據(jù)飛機(jī)的設(shè)計進(jìn)行安裝、改造；缺點(diǎn)是安裝在飛機(jī)外部，易于受損，氣動阻力較大。拉線天線超短波波段的機(jī)載天線，其常見形式為刀形天線。它是一種寬帶天線，其截面為流線型，外形為軍刀狀。巡航速度在1000km/h以內(nèi)的飛機(jī)都可以使用，包括民用客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)。刀型天線VHF通信的刀形天線通常安裝在機(jī)身頂部及機(jī)身底部，以便實(shí)現(xiàn)全方位覆蓋。機(jī)載天線的絕大部分都突出在機(jī)身外部。為了在機(jī)身內(nèi)部安裝天線，需要有配套的天線罩；但天線罩要突出機(jī)身，形成鼓包。突出在機(jī)身外部的天線多為刀形天線或鞭狀天線。飛機(jī)上的這些傳統(tǒng)的天線，無論是裝在飛機(jī)內(nèi)部，還是裝在飛機(jī)外部，都對飛機(jī)的氣動特性有不利的影響。所以，從改善飛機(jī)的氣動外形角度出發(fā)，希望對傳統(tǒng)的天線加以改進(jìn)，而改進(jìn)的方向之一就是采用共形天線。共形天線是和物體外形保持一致的天線或天線陣。共形陣列天線是當(dāng)前天線技術(shù)的發(fā)展方向之一。共形天線在通信和雷達(dá)領(lǐng)域獲得了一定應(yīng)用，但在理論研究和工程實(shí)踐中仍存在許多技術(shù)難題。結(jié)合微帶陣列天線技術(shù)，共形微帶陣列天線是研究的一個熱點(diǎn)。共形天線02天線的振子有了電場，就有了磁場，有了磁場，就有了電場，如此循環(huán)，就有了電磁場和電磁波。。。導(dǎo)線電流方向的變化，產(chǎn)生了變化的電場產(chǎn)生電場的這兩根直導(dǎo)線，就叫做振子。天線的振子通常兩臂長度相同，所以叫對稱振子。長度像圖中這樣的，叫半波對稱振子。半波對稱折合振子半波對稱振子天線的振子形態(tài)各異的振子確切地說，振子不是一個完整的天線。振子是天線的核心部件，形態(tài)會隨天線的形態(tài)變化而變化全向天線就是向四周發(fā)射和接收信號的而定向天線，是向指定方向。全向天線定向天線拋物面天線衛(wèi)星地面站高增益，低副瓣，方向圖尖銳可以形成高增益筆形波束八木天線優(yōu)點(diǎn)：方向性強(qiáng)，增益高缺點(diǎn)：頻帶窄，調(diào)整麻煩鞭狀天線鞭狀天線也稱“鞭形天線”，一種簡單的垂直天線。因外形多為鞭狀，故稱。短波、超短波電臺進(jìn)行移動通信最常用的天線。其長度一般為工作波長的四分之一左右。為了便于攜帶，其結(jié)構(gòu)多為接桿式、拉桿式或蛇骨式等類型，可以拆卸、伸縮或彎曲折疊。主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，全方向性，機(jī)動性好，適于運(yùn)動中的無線電臺使用。軍用步談機(jī)、電臺車、坦克電臺和艦艇電臺等都配有制式的鞭狀天線。03天線的主要參數(shù)方向圖在離天線預(yù)定距離處，輻射場地相對場強(qiáng)隨方向變化地曲線圖，通常采用通過天線最大輻射方向上的兩個相互垂直的平面方向圖表示。E面：輻射電場矢量所在的平面H面：輻射磁場矢量所在的平面天線的主要參數(shù)一對半波對稱振子產(chǎn)生的天線方向圖天線在空間輻射強(qiáng)度隨方位、俯仰角度分布的曲線圖形叫天線方圖。天線方向圖通常是一個三維空間的曲面圖形。為了表示方便起見，在工程中常用歸一化方向圖。天線方向圖如何讓信號傳輸?shù)母h(yuǎn)呢？增加振子傳輸距離明顯變長讓信號傳輸?shù)母h(yuǎn)擠一擠，還可以更遠(yuǎn)反射板+多個振子天線方向圖天線的增益由于自由空間半波長偶極子的增益為2.15dBi，故dBd比dBi大2.15dB。常用兩種方法定義天線的增益。相對理想點(diǎn)源（各向同性輻射體）其單位用dBi表示；相對半波偶極子，其單位用dBd表示。G(dBi)=G(dBd)+2.15dB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)處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比.

dBd和dBi的區(qū)別一個單一對稱振子具有面包圈形的方向圖輻射

對稱振子的增益為2.17dB一個各向同性的輻射器在所有方向具有相同的輻射一個天線與對稱振子相比較的增益用“dBd”表示一個天線與各向同性輻射器相比較的增益用“dBi”表示例如:3dBd=5.17dBi在一定的距離上的某點(diǎn)處產(chǎn)生一定大小的信號，用理想的全向天線，假設(shè)需要100W的輸入功率，而如果改用增益為G=20dBi的某定向天線作為發(fā)射天線，輸入功率只需1W。天線的頻帶寬度天線工作頻帶寬度簡稱為帶寬，它是指天線的電性能都符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求的頻率范圍。無論發(fā)射天線和接收天線，他們總是在一定頻率范圍內(nèi)工作的，天線工作在中心頻率時性能最好，在工作頻帶內(nèi)性能變化不大。天線的極化就是它輻射無線電波中電場的極化。

天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向。天線的極化垂直極化水平極化-45度極化+45度極化雙極化天線V/H(垂直/水平)傾斜(+/-45°)兩個天線為一個整體，傳輸兩個獨(dú)立的波

交叉極化天線可能在非預(yù)定的極化上產(chǎn)生不需要的極化分量。例如：水平極化天線，也可能產(chǎn)生垂直極化分量，把這種不需要的極化波就稱作交叉極化波，也可做正交極化波。實(shí)際通信中，要求收發(fā)天線極化方向必須