天线原理PPT课件
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天线基础知识(全)PPT课件
• 这时出现了分析天线公差的统计理论，发展了天线阵列的综合 理论等。
• 1957年美国研制成第一部靶场精密跟踪雷达AN/FPS-16，随后各 种单脉冲天线相继出现，同时频率扫描天线也付诸应用。
• 在50年代，宽频带天线的研究有所突破，产生了非频变天线理 论，出现了等角螺旋天线、对数周期天线等宽频带或超宽频带 天线。
天线的方向性
3/25/2020
7
Dept.PEE Hefei Normal
天线的方向性
3/25/2020
8
Dept.PEE Hefei Normal
天线的方向性
D=0.32 λ, S=0.25 λ, N=10
3/25/2020
9
Dept.PEE Hefei Normal
无线电电磁频谱
3Hz 30Hz 300Hz 3kHz 30kHz 300kHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz 3THz 30THz 300THz
主 编：John D. Kraus
出版社：the McGraw-Hill Companies 出版时间：2002
《天线》
编著：[美]John D.Kraus Ronald J. Marhefka
出版社：电子工业出版社 2004年4月 第一版
《Radio Propagation for Modern Wireless Systems》
线电波来传递信号的，而无线电波的发射和接收都通过天线来完成。 因此天线设备是无线电系统中重要的组成部分。图1.和图2.指出了 天线设备在两种典型的无线电系统中的地位。
3/25/2020
11
Dept.PEE Hefei Normal
天线功能
• 1957年美国研制成第一部靶场精密跟踪雷达AN/FPS-16，随后各 种单脉冲天线相继出现，同时频率扫描天线也付诸应用。
• 在50年代，宽频带天线的研究有所突破，产生了非频变天线理 论，出现了等角螺旋天线、对数周期天线等宽频带或超宽频带 天线。
天线的方向性
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7
Dept.PEE Hefei Normal
天线的方向性
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天线的方向性
D=0.32 λ, S=0.25 λ, N=10
3/25/2020
9
Dept.PEE Hefei Normal
无线电电磁频谱
3Hz 30Hz 300Hz 3kHz 30kHz 300kHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz 3THz 30THz 300THz
主 编：John D. Kraus
出版社：the McGraw-Hill Companies 出版时间：2002
《天线》
编著：[美]John D.Kraus Ronald J. Marhefka
出版社：电子工业出版社 2004年4月 第一版
《Radio Propagation for Modern Wireless Systems》
线电波来传递信号的，而无线电波的发射和接收都通过天线来完成。 因此天线设备是无线电系统中重要的组成部分。图1.和图2.指出了 天线设备在两种典型的无线电系统中的地位。
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Dept.PEE Hefei Normal
天线功能
(西安海天)天线课件PPT课件
02
天线在移动通信系统中的作用
天线负责接收和发送无线信号，将信号从移动终端传输到基站或从基站
传输到移动终端。天线的性能直接影响移动通信系统的性能和用户体验。
03
移动通信系统中常用的天线类型
移动通信系统中常用的天线类型包括智能天线、MIMO天线、平板天线
等。这些天线类型具有不同的性能和特点，适用于不同的应用场景。
天线的工作原理基于电磁波的辐射和接收。当天线受到传输线中的交变电流激励时，就会向周围空间 产生电磁波的辐射。而当电磁波照射到天线时，天线则会感应出电动势，从而实现信息的接收。天线 的性能指标如方向性、增益和带宽等都与其形状、尺寸和工作原理有关。
02
天线技术参数
增益
增益是指天线在某一方向上的辐 射强度和功率密度之比，通常用
物联网中的天线技术
天线在物联网中的作用
天线设计考虑因素
天线是实现无线通信的关键部件，在 物联网中负责信号的发送和接收。
包括增益、波束宽度、阻抗匹配、极 化方式等。
天线类型
包括鞭状天线、板状天线、柱状天线 等，适用于不同场景和频段。
物联网天线的发展趋势
5G技术推动物联网天线的发展
01
随着5G技术的普及，物联网天线将朝着小型化、集成化、高性
分贝(dB)表示。
天线的增益与天线口径面积、天 线效率、波长等因素有关，是衡
量天线性能的重要ห้องสมุดไป่ตู้数之一。
在实际应用中，选择高增益天线 可以获得更好的信号覆盖和传输
效果。
方向性
方向性是指天线辐射能量的空间分布特性，即天线在各个方向上的辐射强度不同。
天线的方向性可以用图形或数据表示，通常有三种类型：全向、双向和单向。
天线PPT课件(完整版)
近区场的性质：由于电场和磁场相差90度，故坡印 廷矢量的平均值等于零，这说明无电磁场能量辐射， 称为感应场。
远区场：当 kr 1 时称为远场区，电磁场主要由 kr 的低次幂项决定，故可略去 kr 的高次幂项，得
Er E
E
j
H
k I0l
4
r H e jkr
s r
0
E jA
2 A k 2 A
J
A
j
J
A
j
洛伦兹条件：
A j
1
A
j
2 A k 2 A J
E jA jA j
in
H
j
k I0l
4
e jkr r
s in
kr 1
波阻抗：
Zw
E H
固有阻抗：
120 377
§1.2 电基本振子
远区场的性质：
（1）电场与磁场在空间相互垂直，它们均与r 成反 比。因等相位面为球面，故为球面电磁波。
（2）因在传播方向上电磁场的分量为零，故为横电 磁波，记为TEM波。
天线发展简史
二、1901, 马可尼（Guglielmo Marconi, 1874-1937，1909 年 诺贝尔物理学奖）
1901年马可尼成功实现横穿大西洋（英国—加拿大） 的无线电通信。位于英国（Poldhu, England）的发射天线 由50根斜拉导线组成，用悬于60米高的木塔间的钢索支撑。 位于加拿大（Newfoundland, Canada）的接收天线是200米 长的导线，由风筝牵引。
远区场：当 kr 1 时称为远场区，电磁场主要由 kr 的低次幂项决定，故可略去 kr 的高次幂项，得
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波阻抗：
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固有阻抗：
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§1.2 电基本振子
远区场的性质：
（1）电场与磁场在空间相互垂直，它们均与r 成反 比。因等相位面为球面，故为球面电磁波。
（2）因在传播方向上电磁场的分量为零，故为横电 磁波，记为TEM波。
天线发展简史
二、1901, 马可尼（Guglielmo Marconi, 1874-1937，1909 年 诺贝尔物理学奖）
1901年马可尼成功实现横穿大西洋（英国—加拿大） 的无线电通信。位于英国（Poldhu, England）的发射天线 由50根斜拉导线组成，用悬于60米高的木塔间的钢索支撑。 位于加拿大（Newfoundland, Canada）的接收天线是200米 长的导线，由风筝牵引。
第1章天线基础知识-PPT精品
H r H Er E 0
由上式可见，远区场的性质与近区场的性质完全不
同，场强只有两个相位相同的分量（Eθ,Hφ）。
第1章 天线基础知识
远区场的坡印廷矢量平均值为
Sav1 2R e[EH ]15 2Ir2 2l2sin2er
有能量沿r方向向外辐射，故远区场又称为辐射场。 该辐射场有如下性质：
第1章 天线基础知识
z s
O
y
I
z pm
O y
x
x
(a)
(b)
图1―5 (a)小电流环；(b)磁矩
第1章 天线基础知识
磁基本振子的实际模型是小电流环，它的周长远 小于波长，而且环上的谐变电流I的振幅和相位处处 相同。相应的磁矩和环上电流的关系为
pm=μ0IS 式中s为环面积矢量，方向由环电流I按右手螺旋 定则确定。
第1章 天线基础知识
第1章 天线基础知识
第1章 天线基础知识
1.1 电基本振子的辐射 电基本振子（Electric Short Dipole）又称电流元，
它是指一段理想的高频电流直导线，其长度l远小于波 长λ，其半径a远小于l，同时振子沿线的电流I处处等幅 同相。用这样的电流元可以构成实际的更复杂的天线， 因而电基本振子的辐射特性是研究更复杂天线辐射特 性的基础。
第1章 天线基础知识
z
E
H r
Iml O
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x
图1―1―4 磁基本振子的坐标
第1章 天线基础知识
其中，下标e,m分别对应电源和磁源，则磁基本振 子远区辐射场的表达式为
E
j
Iml
2r
sin e jkr
H
j Iml
2r
0
sin e jkr
天线设计基础ppt课件
∆ 水平波瓣宽度和垂直波瓣宽度是相互影响的，其关系式 为
32400
Ga 为天线增益G；aβ为水lo平g波瓣宽度；θ为垂直波瓣宽度。
可编辑课件PPT
11
以终端设计为例
PIFA
MONOPOLE
LOOP
金属后盖
金属边框 +玻璃后盖
天线形式
馈地 电点 点
馈 电 点
馈 电 点
地 点
优点 缺点
1. 天线抗干扰 强，允许摆 放器件
D Smax S0
Pr Pro
E2 max E0 2
Pr Pro
∆ 式中Pr、Pr0分别为实际天线和无方向性 天线的辐射功率。
Radiated by Isotropic Ant. Radiated by Dipole Ant. Radiated by other Ant.
可编辑课件PPT
7
技术参数
VSWR = (1+(10^RL/20)) / ((10^RL/20)-1)
可编辑课件PPT
5
技术参数
➢ 增益 ∆ 定义为：在同一距离及相同输入功率的条件下,某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度Smax(或场强 |Emax|2的平方）和理想无方向性天线(理想点源)的辐射功率密度S0（或场强|E0|2的平方）之比，记为 G。
G Smax S0
Pin Pin 0
E2 max E0 2
Pin Pin 0
∆ 式中Pin、Pin0分别为实际天线和理想无 方向性天线的输入功率。
∆ 理想无方向性天线本身的增益系数为1。
Radiated by Isotropic Ant. Radiated by Dipole Ant. Radiated by other Ant.
32400
Ga 为天线增益G；aβ为水lo平g波瓣宽度；θ为垂直波瓣宽度。
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以终端设计为例
PIFA
MONOPOLE
LOOP
金属后盖
金属边框 +玻璃后盖
天线形式
馈地 电点 点
馈 电 点
馈 电 点
地 点
优点 缺点
1. 天线抗干扰 强，允许摆 放器件
D Smax S0
Pr Pro
E2 max E0 2
Pr Pro
∆ 式中Pr、Pr0分别为实际天线和无方向性 天线的辐射功率。
Radiated by Isotropic Ant. Radiated by Dipole Ant. Radiated by other Ant.
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7
技术参数
VSWR = (1+(10^RL/20)) / ((10^RL/20)-1)
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5
技术参数
➢ 增益 ∆ 定义为：在同一距离及相同输入功率的条件下,某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度Smax(或场强 |Emax|2的平方）和理想无方向性天线(理想点源)的辐射功率密度S0（或场强|E0|2的平方）之比，记为 G。
G Smax S0
Pin Pin 0
E2 max E0 2
Pin Pin 0
∆ 式中Pin、Pin0分别为实际天线和理想无 方向性天线的输入功率。
∆ 理想无方向性天线本身的增益系数为1。
Radiated by Isotropic Ant. Radiated by Dipole Ant. Radiated by other Ant.
天线基本知识PPT课件
天线的主要电参数
１对单极化天线
方向图 增益 输入阻抗（电压驻波比） 极化 带宽 功率容量 3阶无源互调（PIM）
2 对双极化天线
除具有单极化天线的电参数 外还具有
隔离度
交叉极化比
2021
48
天线的方向图
把天线在空间辐射强度随方位、俯仰角度分布 的曲线图形叫天线方图。
天线方向图通常是一个三维空间的曲面图形。 为了表示方便起见，在工程中常用归一化方向图。
自适应天线是一种控制反馈系统它根据一定的准则采用应天线是一种控制反馈系统它根据一定的准则采用数字信号处理技术形成天线阵列的加权向量通过对接数字信号处理技术形成天线阵列的加权向量通过对接收到的信号进行加权合并在有用信号方向上形成主波收到的信号进行加权合并在有用信号方向上形成主波束而在干扰方向上形成零陷从而提高信号的输出信束而在干扰方向上形成零陷从而提高信号的输出信多波束天线采用多个波束覆盖整个用户区每个波束的多波束天线采用多个波束覆盖整个用户区每个波束的指向固定波束宽度随天线阵元数目的确定而确定系指向固定波束宽度随天线阵元数目的确定而确定系统根据用户的空间位臵选取相应的波束使接收的信号统根据用户的空间位臵选取相应的波束使接收的信号最佳
对无线通信系统也同样是这样。再先进的基站通信设 备，没有好的天线，也无法发挥优良的性能。可见天线是 无线通信系统的重要组成部分。
2021
43
天线的作用
将传输线中的高频电磁能量转成为自由空间的电磁波 ，或反之将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电 磁能。因此，要了解天线的特性就必然需要了解自由空间 中的电磁波及高频传输线的一些相关的知识。
2021
22
E(r,,)
若天线辐射的电场强度为
把电场强E(r度,,（)绝6对0f值(,）) 写成
天线理论基础知识 ppt课件
➢辐射单元各组成部分的尺寸精 度和相对位置精度；
➢板材的质量和强度； ➢表面处理质量。
➢塑料件的尺寸精度、结构强 度和抗老化性能；
➢馈电方式及馈电片与振子的 相对位置精度。 17
二、天线质量分析、选型及安装
天线质量分析：馈电网络
馈电网络
同轴电缆馈电网络
PCB微带线馈电网络
空气微带线馈电网络
图例
特点分析
➢焊点多，焊接质量控制是关键；
加盖板整体屏蔽，此时则衍变为PCB 稳定性，受反射板变形影响大，导致幅
➢布线工艺较复杂。
带状线馈电网络；
度和相位分配精度低，尺寸稳定性差，
➢PCB与反射板需绝缘处理；
批量一致性差；
➢优质板材成本较高。
➢设计自由度较大，辐射泄漏大，可增
加盖板整体屏蔽，此时则衍变为空气带
状线馈电网络。
三阶、五阶都不落入到Rx频段
联通LTE1.8G
1830-1859 1735-1764
1801~1888
1772~1917
三阶、五阶都不落入到Rx频段
联通WCDMA 2130~2145 1940~1955
2115~2160
2100~2175
三阶、五阶都不落入到Rx频段
12
一、天线原理及指标对网络质量的影响
➢加工精度高，幅度和相位分配精度 ➢加工精度高，幅度和相位分配精度高， ➢多个零件拼装组成，网络与反射板之
高，尺寸稳定性好，批量一致性好； 尺寸稳定性好，批量一致性好；
间的距离精度要求高，且主要通过塑料
➢设计自由度一般，辐射泄漏极低； ➢设计自由度大，辐射泄漏较大，可增 件和孔位精度配合保持尺寸精度和结构
如何预防天线质量问题&提升网络效率创 新解决方案的探讨
天线基本原理及室分天线介绍27页PPT
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
天线基本原理及室分天线介 绍
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路பைடு நூலகம்漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
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-
29
四、不同环境的基站天线选择原则
无线网络规划中，天线的选择是一个很重要的部分，应 根据网络的覆盖要求、话务量、干扰、和网络的服务质 量等实际情况来选择天线。
• 城区环境：
➢半功率宽度为65°以减小相邻扇区的重叠区
➢采用中等增益天线
-
30
• 郊区环境：
➢ 半功率宽度为90°，一般不采用全向站型
-
1
• 在无线通信系统中,与外界传播媒介的接口 是天线系统,天线的性能直接关系到整个网 络的质量。
• 主要学习天线工作的基本原理和技术性能 指标的含义。
-
2
学习目标
• 了解电波是如何辐射的，如何传播的 • 掌握天线的各项性能的概念 • 熟悉调整天线的方法 • 了解基站天线选择的基本原则 • 熟悉天线共用器的有关知识
两种天线倾斜方法: 机械俯仰角
电调俯仰角
-
22
机械俯仰角与电调俯仰角
• 用机械方式使天线下倾是改变天线垂直方向辐射 特性最简单的方法，也是目前通用的方法。
• 电调俯仰角：通过改变馈入各振子的信号相位， 可以改变天线主瓣的下倾角度。
电调俯仰角的优点就是天线在各方位角度的方向 图下倾都是一致的，这样水平平面上波瓣的半功 率角将保持恒定。但电调俯仰角天线的造价比较 昂贵，目前尚未广泛应用。
-
23
电下倾的产生
无下倾时 在馈电网络中 路径长度相等
-
有下倾时 在馈电网络中 路径长度不相等
24
对天线俯仰角的优化
• 对天线俯仰角，在优化时通常将天线垂直平面方 向图中上3dB半功率点指向小区边界，而不是将 最大辐射方向对准小区边界，这样做的目的是为 进一步增强本小区覆盖场强。
-
25
天线俯仰角的计算公式为：
• 另一个是利用反射板把辐射控制到单侧方向， 将平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖 天线。
-
16
• 由四个半波振子组成的垂直直线阵的增益 约为8dB,一侧加有反射板的四元式直线阵， 其增益为（14～17）dB，即常规板状天线， 也就是所说的低增益天线。一侧加有反射 板的八元式直线阵，其增益约为（16～19） dB，即加长型板状天线，即所说的高增益 天线。
波长
1/4波长
1/4波长
1/2波长
振子
一个1/2波长的半波振子 在 800MHz 约 300mm长
-
8
电压在中心最小
半波振子上的场分布
电流在中心最大
电场在中心最强
磁场在中心最大
-
9
3、电磁波的传播
• 通过电场、磁场之间不断的能量转换，电磁波得 以从半波振子向外传播，电场和磁场的方向与传 播方向保持垂直。
振 子
电场
磁场
电场 电波传输方向
-
磁场
电场
10
二、天线的参数
• 1、天线方向性
• 方向性对于发射天线是指天线向一定方向辐射电磁 波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对 不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线的方 向性的特性曲线通常用方向图来表示.
• 用电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形来表示
-
17
3、天线的极化
• 指在天线的最大辐射方向上的电场矢量的空间 指向。——极化方向
• 若在任何时间都保持不变——直线极化 ➢若电场矢量方向与地面平行——水平极化波 ➢若电场矢量方向与地面垂直——垂直极化波
-
18
4、天线的其它技术指标
• 电压驻波比：由于天线输入阻抗和特性阻 抗的不一致，反射波和入射波在馈线上叠 加形成驻波。相邻电压最大值和最小值之 比称为电压驻波比。
➢电压驻波比过大，将缩短通信距离，并且
反射功率返回发射机功放部分，容易烧坏
功放管。
-
19
• 回波损耗:天线接头处的反射功率与入射功 率的比值.——天线的匹配
• 前后比：后瓣电平与最大波束电平之差。
——后向干扰 >40dB
• 旁瓣抑制:旁瓣电平与最大波束电平之差.。
——同频干扰 >18dB
• 天线尺寸和重量
• 方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的 发射或接收电磁波的能力。
-
11
一个单一的半波振子具有“面包圈” 形的方向 图
顶视
侧视
水平面
垂直面
方向不同辐射的电磁场强度不同
-
12
方向图比较
理想孤立 波源
定向天线
理论半 波振子
-
13
天线的波瓣与参数
旁 瓣
后瓣
主瓣
参数：零功率波瓣宽度 旁瓣电平
-
• θ＝arctg（H／R）十Am
• 其中H为天线高度，R为小区半径，Am是修 正值，常取天线垂直平面的半功率角α/2。
θ
H
θ
R
-
26
2、波束宽度与覆盖区域的关系
水平方向图的波束宽度与覆盖区域面积有关 垂直方向图的波束宽度决定区域内功率的分布
-
27
机械下倾情况下的波束覆盖
无下倾
机械下倾
-
28
3、室内覆盖系统 • 微蜂窝基站+有线接入室内覆盖系统 • 采用直放站
• 风载荷
• 工作温度和湿度
• 雷电防护等
-
20
三、无线覆盖的主要技术 • 1、天线俯仰角:
18o
一般来讲，当天线垂直安装时，
其最大增益方向朝着地平线。
40m
S S’ S’’
-
由于基站天线均架设于高塔上，这样为保证 处于地面上的接收者有足够的功率覆盖， 天线就必须倾斜，具体倾斜角度由塔高和 用户与基站的距离d来决定
之间，因而辐射很微弱；将两导线张开电场就散
播在周围空间，因而辐射增强。
-
5
• 当导线的长度 L 远小于波长 λ 时，辐射很微弱；导 线的长度 L 增大到可与波长相比拟时，导线上的电 流变换将大大增加，因而就能形成较强的辐射。
-
6
同轴线变为天线示意图
-
7
2、半波振子-----全向天线
• 结构：两臂长度相等的振子叫做对称振子。 每臂长度为四分之一波长。
半功率点波瓣宽度 前后功率比
14
2、天线增益
• 增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理 想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方 之比，即功率之比。增益一般与天线方向图有关， 方向图主瓣越窄，后瓣、旁瓣越小，增益越高。
在阵中有4个对称振子
-
15
天线提高增益形成的主要途径。
• 一是采用多个半波振子排成一个垂直放置的直 线阵，半波振子越多，增益越大，能量也越集 中于水平方向上。
-
3
一、天线基本知识
• 把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…... • 收集无线电波并产生电信号
Blah blah blah blah
-
4
• 1、电磁波是如何辐射的?
•
导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁
波的辐射，但辐射的能力与导线的长度和形状有
关。若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线