天线的基本原理和指标

“扇形”天线的反射体具有向一个方向聚集能量的作用， 进一步提高了增益 这里, 与单一偶极子相比，扇形天线的增益为 10log(8mW/1mW) = 9dBd
天线增益

当输入相同功率时，某一天线和无方向性天线在猪 波束方向上，每单位立体角内辐射功率之比。 天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。 一般是把天线最大辐射方向上的场强E与理想各向 同性天线均匀辐射场强E0相比较 从接收的角度看，也可以把增益理解为天线收取某 一方向电磁波的能力，这时增益可表示为天线的有 效接收面积与与各向同性天线的接收面积的比值
后向功率
前向功率
前后比（dB） = 10 log（ 前向功率 ），其典型值为 25dB
后向功率
目标：尽可能降低反向功率
波束宽度

水平面方向图
3dB 波束宽度 Peak - 3dB 120° (eg) 10dB 波束宽度 Peak - 10dB Peak Peak - 10dB
60° (eg)
Peak Peak - 3dB
RL=20lg
VSWR+1 VSWR-1
dB
极化

无线电波振动的不同方向，称之为极化
垂直极化
水平极化
+ 45∘斜极化
- 45 ∘斜极化
双极化天线

两个天线放置在一个单元中 两路电磁波相互独立
V/H (垂直/水平)
斜极化 (+/- 45°)
极化隔离度

馈送到一个极化方向端口的信号在另一个极化方向 端口输出的程度
馈线
50 ohms
天线
50 ohms
80 ohms
为获得最佳性能，阻抗必须匹配
反射损耗

阻抗不匹配，会引起电磁波反射，妨碍能量的有效 传递
前向: 10W 50 ohms 返回: 0.5W 80 ohms
9.5Βιβλιοθήκη BaiduW
这里，反射损耗为：RL = 10log(10/0.5) = 13dB
电压驻波比

阻抗匹配状况的另一种表达形式是电压驻波比，用 符号VSWR表示
本例中隔离度为： 10log(1000mW/1mW) = 30dB
1000mW (ie 1W)
1mW
一个典型的天线技术说明书摘要
• • • • • • • • • • • • 频率范围 带宽 增益 极化 阻抗 反射损耗 半功率 (3dB) 波束宽度 水平 垂直 十分之一功率(10dB)波束宽度 水平 垂直 前后比 上旁瓣抑制 下旁瓣抑制 电下倾角调整 MHz MHz dBi dB ° ° 820 - 890 70 15 Vertical 50 >18 64 18
° ° dB dB dB °
120 30 >30 < -12 < -14 2 - 10
结束 !
dBd 与 dBi
单一偶极子 按“圈饼”图形辐射
等向性辐射体 向所有方向均等辐射
与偶极子相比，天线的增益记为 “dBd” 与等向性辐射体相比，天线的增益记 为 “dBi” eg: 3dBd = 5.17dBi
2.17dB
偶极子的 增益为 2.17dB
前后比

扇区天线前向辐射功率和后向辐射功率之比

按阵列组合偶极子
一个偶极子
接收1mW功率
按阵列组合的几个偶极子
接收4mW功率
性能的提高称之为增益. 这里增益为 = 10log(4mW/1mW) = 6dBd
更多的 浓缩 信号
把无线电波能量控制到哪儿去.. 聚集在一个方向

在阵列的一侧放置一个反射体
天线
(顶视图)
“全向阵列” 接收4mW功率
“扇形阵列” 接收8mW功率
天线
各种天线
什么是天线？

将带有各种信息的电信号以无线电波的形式沿指定方 向发射到天空… 收集某个方向的无线电波能量并产生一个电信号
Blah blah blah bl ah
无线电波


是通过空间传播的电磁能量的“振动” 他们在空间传播的速度为 300,000,000m/sec 有点象小池塘上面的 波纹 波纹慢慢向外传播
频率与波长

频率就是“振动”的速度
或1秒钟内波通过的次数（每秒周称为赫兹，记为Hz，还有 KHz，MHz，GHz等）
低频
高频

当波向前传播时，两个连续周期之间的距离称之 为波长
波长
偶极子

偶极子在天线中一般用作辐射基础 偶极子的长度与波长成比例
波长 1/4波长 1/2波长 1/4波长 1/2波长 偶极子

垂直面方向图
Peak - 3dB
15° (eg) Peak Peak - 3dB 32° (eg)
Peak - 10dB
Peak Peak - 10dB
旁瓣
上旁瓣抑制 (dB)
下旁瓣抑制(dB)
天线下倾

在波束的朝向上向下倾斜
无下倾
电子下倾
机械下倾
天线下倾
阻抗

阻抗是用来描述电磁能量是否能顺畅通过的一个物 理量 其测量单位为欧姆 ()
天线在 850MHz最适合的 1/2 波长为 ~ 175mm 天线带宽 = 890 - 820 = 70MHz
天线把无线电波能量 控制到哪儿去

单一偶极子具有“圈饼”形方向图
顶视图
侧视图

需要在水平方向 “压扁”这个“圈饼”，用以 “浓缩”信号，使其能够到达预期地方
把无线电波能量控制到哪儿去.. “压扁”这个“圈饼”
A 1/2波长偶极子： 800MHz 为 ~200mm 长
400MHz 为 ~400mm 长
频率范围

当波长不合适时，天线性能会下降 在一定频率范围内，性能的下降是可以接受的
850MHz偶极子 最适合1/2波长
at 820 MHz
at 890 MHz 天线偶极子
820 MHz 1/2 波长 ~ 180mm, 890 MHz ~ 170mm