第3章(新) 天线特性参数
第3章 行波天线
D
D——螺旋的直径；
l0
s
h 2a
a——螺旋线导线的半径；
s——螺距，即每圈之间的距离；
α——螺距角，
arctan s D
l0——一圈D 的长度，l0 (D )2s2s/sin
s
N——圈l数0 ；
同 轴线D 输 入
(a )
l0
金 属 接 地 板 h——轴向长度，h=Ns
(b )
s
一圈展开图形
第3章 行波天线 y A
终端 吸收 铁线 回授 线
回授 线长 度调 节器
回授式菱形天线
第3章 行波天线
三、行波V形天线（Traveling Wave Vee Antenna）
V 形斜天线，仅有一根支杆和两根载有行波电流的导线组成，架 设很简单，适用于移动的台站中。
馈线
Rl Rl
第3章 行波天线
第二节
螺旋天线
D
提高天线的有效高度之一——分布 式加载，其典型天线之一即为螺旋鞭天 线 （Helical Whip Antenna）。
信使用； （2）副瓣多，副瓣电平较高； （3）效率低，由于终端有负载电阻吸收能量。
第3章 行波天线
为了改善菱形天线的特性参数，常采用双菱天线 菱形对角线之间的距离 d≈0.8λ，其方向函数表达式为:
f2(,)f1(,)cos(k2 dcossin)
单菱形天线的 方向函数
d
~
双菱天线的旁瓣电平比 单菱形天线低，增益系 数约为单菱形天线的 1.5～2倍。
第3章 行波天线
3、 菱形天线的尺寸选择及其变形天线
当通信仰角Δ0 确定以后，选择主瓣仰角等于通信仰角。 使 f(Δ0) 最大，分别取各个因子分别最大：
第三章-天线的性能参数PPT课件
53
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（6）有效长度
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（7）极化
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（8）工作频带宽度
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（9）功率容量
输入到天线上的功率不可能无限制增大，其主 要限制在于天线表面的电场和介质材料的性质， 即由天线周围的空气及天线绝缘子的介电强度 决定。
70
在球坐标系中
3
R r-r, (r2 2rr' r'2)1/2
r(12rr2r'
r'2 r2
)1/2
利用 r ' r 求R的近似表达式，
采用二项式定理将R展开
Rrr'(rˆrˆ,)r'2[1(rˆ.rˆ')2]r'3 (rˆ.rˆ')1[(rˆ.rˆ')2]
2r
2r2
rr'cosr'2si2nr'3 cossi2n
10
远区辐射场的近似计算
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3.2 发射天线的性能参数
发射天线的作用：一、是将导行波转换为自由 空间波；二、 是定向辐射。
发射天线的参数就是根据这两种作用规定。
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（1）功率密度和辐射强度
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例子：基本电振子的辐射功率和辐射强度
基本电振子远区场：
E
j Il 4 r
6
偏差为π/8时的r值。
第三项 r '2 sin 2
2r
取 r' D
2
900 代入并令其等于λ/16
(D/ 2)2
第三章 天线的性能参数.
则
rff
2D
2
远场条件：
r 2D2
r D r
远区场的特点： •电场与磁场互相垂直，并垂直于传播方向。 •电场与磁场满足平面波关系。 •天线辐射实功率。 •场的角分布与距离无关。
3. 近场区的定义： r
2D2
为近场区
若R的近似取前三项，令第四项的最大值为λ/16 D3 r 0.62 则可得 1） 0.62 D3 / r 2D2 / 为辐射近场区 辐射功率>无功功率 场的方向图是r的函数 可能有相当大的径向分量 2） 为感应近场区 0 r 0.62 D3 / 无功功率占优势
（2）辐射阻抗和输入阻抗
（3）天线的效率
各波段天线的效率 长中波天线：辐射效率低，可能低于10% 原因：天线的长度和高度与波长比较小 馈线间的阻抗匹配较差 超短波、微波天线：效率较高，甚至达100%
(4) 天线的方向性：
方向性函数
例：基本电振子的辐射方向图
方向图
将方向函数用图形表示就称为天线的 方向图。 1) 方向图分类 a . 立体方向图 天线的辐射作用分布于整个空间，因 而天线的方向图是一个三度空间的分布 图形。
远区辐射场的近似计算
3.2 发射天线的性能参数
发射天线的作用：一、是将导行波转换为自由 空间波；二、 是定向辐射。 发射天线的参数就是根据这两种作用规定。
（1）功率密度和辐射强度
例子：基本电振子的辐射功率和辐射强度
基本电振子远区场：
Il E j sin e jkr 4r Il jkr H j sin e 4r Er 0 H r H E 0
优点：形象，直观。 缺点：复杂，难画。
天线的主要性能指标
天线的主要性能指标天线是无线通信系统中的重要组成部分，它的性能直接影响到通信系统的稳定性、可靠性和性能。
天线的主要性能指标可以分为以下几个方面。
1.频率范围：天线的频率范围是指天线能够工作的频率范围。
不同的无线通信系统需要不同的频率范围，因此天线的频率范围应该能够覆盖所需的频率范围。
2.增益：天线的增益是指天线在特定方向上相对于理想同轴电缆天线的功率增加量。
增益越高，天线的接收和发射效果就越好。
增益与天线的指向性有关，指向性越高，增益越高。
3.方向性：天线的方向性是指天线在空间范围内辐射和接收电磁信号的特性。
天线的方向性可以通过天线的辐射图来表示，主要包括主瓣方向和边瓣。
4.波束宽度：波束宽度是指天线主瓣的宽度，也可以理解为天线对信号的接收和发送的方向选择性。
波束宽度越小，方向选择性越好，但覆盖范围也会减小。
5.阻抗匹配：天线的阻抗匹配是指天线的输入阻抗与馈线的阻抗保持一致。
阻抗匹配不好会导致信号的反射和损耗，影响信号的传输质量。
6.驻波比：驻波比是指天线输入端口处的反射波和传输波之比。
驻波比越小，说明天线的阻抗匹配越好，信号的传输质量越好。
7.前后比：前后比是指天线在其中一方向上的辐射功率与在反方向上的辐射功率之比。
前后比越大，说明天线的方向性越好，信号的传输干扰越小。
8.极化方式：天线的极化方式有垂直极化、水平极化、圆极化等。
天线的极化方式应与无线通信系统的极化方式一致，以保证信号的传输效果。
9.环境适应性：天线的环境适应性是指天线在不同的环境条件下的性能表现。
例如，天线在恶劣天气条件下的性能是否稳定，是否受到周围物体的干扰等。
10.承载能力：承载能力是指天线能够承受的最大功率。
天线的承载能力应该能够满足无线通信系统所需的功率要求，以确保天线的稳定运行。
总之，天线的性能指标决定了它在无线通信系统中的适用性和性能表现。
无论是接收还是发射信号，在选购天线时，需要根据具体的应用需求，选择适合的天线，并通过合理的安装和调试，实现最佳的通信效果。
天线的五个基本参数
天线的五个基本参数
1 关于天线的五个基本参数
天线作为无线通讯的核心技术受到各路观众的广泛关注，五个主
要的 parametric 参数是天线特性的重要参考指标，包括增益、驻波比、半功率角、垂直波束宽度和水平波束宽度。
1 增益
增益(也被称为功率增益)是衡量天线收发能力的重要性能指标，
多用来衡量天线的信号增益真实性，一般越大表示接收和发射信号能
力越强。
一个常见单位是dBi，它是相对于理想天线的增益。
2 驻波比
驻波比是衡量天线稳定性的重要指标，表示通过某一频率的有功
功率与负载的比例，驻波比越高，表示天线稳定性越强。
3 半功率角
半功率角是衡量天线波束宽度的重要指标，是指在半功率容量点
(3dB点)处，天线发出和接收能量线与光轴之间夹角，这个角度越小，表示天线空间分布越集中，优度越高。
4 垂直波束宽度
垂直波束宽度是指一条水平线上，从天线输出的重要能量路径两
头向垂直方向投射的角度。
它受到天线结构的影响很大，我们一般认
为越窄的波束宽度，表示发射的范围越窄，表示天线的利用效率越高。
5 水平波束宽度
水平波束宽度是指一条垂直线上，从天线输出的重要能量路径两头向水平方向投射的角度，是衡量天线射向性的重要指标。
天线的水平波束宽度越窄，表示波束能量线对水平方向的散射越少，传输效率越高。
总之，增益、驻波比、半功率角、垂直波束宽度和水平波束宽度都是专业从事无线通信设计必备的参数，这五个参数从不同的角度反映了天线的性能，所有的参数都应该按照项目特点来进行综合评估。
天线的基本参数
天线的基本参数
天线作为一种对信号起到聚集作用的装置，它被广泛应用于无线电、广播、通信和测量系统中。
它是一个把引线变成发射和接收信号的介质。
天线具有几个基本参数，包括频率、增益、振幅接收和发射特性、工作频率、型号等等，它们在诊断、安装和调节天线系统中有重要作用。
首先，天线的频率是指它可以接收或发射信号的最低频率和最高频率。
天线的频率一般在数千赫兹和数万赫兹之间测量。
信号被发射或接收的频率越低，天线就需要越长。
其次，天线的增益是指它调制输出的能量除以被发射信号的能量的比率，天线的增益可以用瓦特表示。
天线的增益越大，接收的能量越大，使用的幅度越小。
振幅接收特性反映了接收信号的各个方向上的信号强度。
它指明了各个方向上的能量分布情况，也可以用来衡量接收信号的容量。
发射特性也可以用振幅表示。
发射特性指明了发射信号的容量以及如何从发射端发出信号以及如何到达接收端。
另外，工作频率是指天线可以正确工作的频率范围。
它也可以用来表示天线的极限频率限制。
最后，天线的型号是指它的几何结构和尺寸。
这些有助于调节天线的特性和功能。
总之，天线的基本参数对于诊断、安装和调节天线系统都是很重要的。
对于任何安装、调节和使用天线的操作，都要熟悉其基本参数，
以便更好地进行工作。
最新天线的主要特性
天线的主要特性天线的主要特性（一）天线是微波收发信设备的“出入口”，它既要将发信机的微波沿着指定的方向放射出去，同时还要接受对方传来的电磁波并送到微波收信机。
因此，天线性能的好坏将直接影响到整个微波通信系统的正常运行。
这里我们将对天线的性能指标及要求作一介绍。
天线的方向性通常一副天线向各个方向辐射电磁波的能力是不同的，它沿各个方向辐射电磁能量的强弱可用天线的方向系数来表示。
所谓天线的方向系数是指在某点产生相等电场强度的条件下，无方向性天线总辐射功率PF0与定向天线总辐射功率PF的比值，常用“D”来表示，即天线方向性图（3-4）不难想象，定向天线沿各个方向辐射的电场强度是不相同的，因而定向天线的方向系数也将随着观测点的位置不同而有所不同。
其中方向系数最大的地方，即辐射增强的方向，称主射方向。
通常人们用天线的方向图来表示天线对各个方向的方向系数大小，如图所示。
由图可以看出，天线的方向性图像象花朵的叶瓣，各叶瓣称为方向叶。
处于主射方向的方向叶称为主叶，处于主叶反方向位置的方向叶称为后叶，其他方向的方向叶统称为副叶。
显然主叶的宽度越窄，说明天线的方向性也好。
天线方向性的好坏，工程上常采用半功率角和零功率角两个参量来表示。
所谓半功率角是指主叶瓣上场强为主射方向场强的1/√2= 0.707时（即功率下降1/2时），两个方向间的夹角，即为“2θ0.5”；所谓零功率角是指偏离主射方向最近的两个零射方向（辐射场强为零的方向）之间的夹角，记为“2θ0”。
半功率角和零功率角越小，表示主叶瓣的宽度越窄，说明天线的方向性越好。
一副方向性良好的天线，除了必须具备上述具有较小的半功率角和零功率角外，还应该包括后叶瓣和副叶瓣尽可能小，以减小可能出现的窜扰。
天线的主要特性（二）天线增益所谓天线增益是指天线将发射功率往某一指定方向发射的能力。
天线增益定义为：取定向天线主射方向上的某一点，在该点场强保持不变的情况下，此时用无方向性天线发射时天线所需的输入功率Pi0，与采用定向天线时所需的输入功率Pi之比称为天线增益，常用“Ｇ” 表示。
天线的基本参数
天线的基本参数
天线是一种用来发射或接收无线电波的装置，它是无线电信号传输的关键部件。
天线是无线电系统的最重要部分，因此其参数决定了无线电系统的性能。
本文将讨论天线的常用参数，包括相对增益、发射功率和功率比等，以便读者了解相关知识。
首先，相对增益是指天线将输入功率转换为输出功率的性能指标。
它的大小可以用分贝dB(dB)来表示，它的值受天线的结构、尺寸等
参数影响。
一般情况下，相对增益越大，天线就能发射出越强的信号。
其次，天线的发射功率也是一个重要参数，它决定了信号传输的质量和距离。
一般情况下，发射功率越高，信号强度就越强，传播距离就越远。
第三，功率比也叫做辐射因数，它描述的是天线发射所有功率所辐射的信号比例。
一般来说，功率比越大，信号传播距离就越远。
还有一些其他重要参数，如天线阻抗，它决定了天线与电路之间电阻的大小，换句话说，天线阻抗会影响信号波形和传播范围。
此外，还有辐射偏振度，它决定了天线不同方向发射的信号强度；还有转动因数，它是指将天线旋转到极端方向时发射功率的百分比。
本文的目的是让读者了解天线的基本参数，它们是构成无线电系统的重要组成部分，比如相对增益、发射功率、功率比等，是决定无线电系统性能的重要指标。
此外，天线阻抗、辐射偏振度和转动因数也是重要的参数。
通过对这些参数的正确设置，可以实现最佳的无线通信效果。
天线基本参数说明
天线有五个基本参数：方向性系数、天线效率、增益系数、辐射电阻和天线有效高度。
这些参数是衡量天线质量好坏的重要指标。
【天线的方向性】是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。
它的这种能力可采用方向图，方向图主瓣的宽度，方向性系数等参数进行描述。
所以方向性是衡量天线优劣的重要因素之一。
天线有了方向性，就能在某种程度上相当于提高发射机或接收机的效率，并使之具有一定的保密性和抗干扰性。
【方向性图】方向性图是表示天线方向性的特性曲线，即天线在各个方向上所具有的发射或接收电磁波能力的图形。
实用天线处在三度几何空间中，所以，它的方向性图应该是个立体图。
在这个立体图中，由于所取的截面不同而有不同的方向性图。
最常用的是水平面内的方向性图（即和大地平行的平面内的方向性图）和垂直面内的方向性图（即垂直于大地的平面内的方向性图）。
有的专业书籍上也称赤道面方向性图或子午面方向性图。
【波瓣宽度】有时也称波束宽度。
系指方向性图的主瓣宽度。
一般是指半功率波瓣宽度。
当L/λ数值不同时，其波瓣宽度也不同。
L/λ比值增加时，方向图越尖锐，但当（L/λ）＞0.5时，除了与振子轴垂直的方向有最大的主瓣外，还可能出现付瓣。
因此，波瓣宽度越小，其方向性越强，保密性也强，干扰邻台的可能性小。
所以，对于超短波，微波等所用的天线，登记主瓣宽度这一指标，是十分重要的。
【方向性系数】方向性系数是用来表示天线向某一个方向集中辐射电磁波程度（即方向性图的尖锐程度）的一个参数。
为了确定定向天线的方向性系数，通常以理想的非定向天线作为比较的标准。
任一定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的条件下，非定向天线的总辐射功率对该定向天线的总辐射功率之比。
按照上面的定义，由于定向天线在各个方向上的辐射强度不等，故天线的方向性系数也随着观察点的位置而不同，在辐射电场最大的方向，方向性系数也最大。
通常如果不特别指出，就以最大辐射方向的方向性系数作为定向天线的方向性系数。
天线的主要特性参量
天线辐射的功率有些方向大，有些方向不同型式的天线，它们的方向图也不相维的立体图形，因而被称为立体方向图。
功率方向图中，功率为主瓣最大值一半在电场方向图中，相应于半功率点的绝方向系数是在相同辐射功率条件下，在如果辐射强度定义为方向系数的另一等价表示式为如果一般来说，载有高频电流的天线导体及天线效率定义为天线辐射功率与输入功其中：可见，要提高天线效率，必须尽可能减考虑到天线输入端的电压反射系数，则因为天线从发射机得到的功率大于实际方向系数、增益与效率的关系在实际应用中，有时以自由空间的半波在改以半波天线作比较标准时，相应的天线的输入阻抗是天线在馈电点的电压与天线的型式，使用的波长以及周围物求出天线的输入阻抗之后，就可据此设天线的输入阻抗：其中：有功功率以损耗和辐射两种方式耗散电工程上对天线系统提出的设计要求是规天线的极化是指该天线在给定方向上远辐射波的极化:在空间固定位置上，沿着极化可分为线极化、圆极化和椭圆极化。
天线不能接收与其正交的极化分量。
对于椭圆极化，在给定位置上电场随时轴比有时带有符号，即右旋极化为正，天线的相位中心是其远区辐射场的等相天线的相位中心应与其几何中心一致，天线相位中心与几何中心存在偏差，称天线的带宽定义为天线某个性能参数符天线除了能够接收无线电波之外，还能天线接收的噪声功率的大小可以用天线将接收天线视为一个温度为其中当接收天线距发射天线非常远时，接收可见，增大增益或减小等效噪声温度均应用瑞利其中常规天线方向性系数：空间噪声源的噪声温度；T A：天线输出端传输线的衰减也会降低噪声功率，因而其中α为传输线的衰减常数（整个接收系统的有效噪声温度为天线的散射场包括两部分，一是与天线前者确定了天线的结构散射雷达截面，其中前者是天线对来波直接散射构成。
后者则是天线接收来波后又重新辐射而。
天线性能的主要参数
天线性能的主要参数有方向图,增益,输入阻抗,驻波比,极化方式等;1 天线的输入阻抗天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值;天线与馈线的连接,最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗,这时馈线终端没有功率反射,馈线上没有驻波,天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓;天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量,使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗;匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数,行波系数,驻波比和回波损耗,四个参数之间有固定的数值关系,使用那一个纯出于习惯;在我们日常维护中,用的较多的是驻波比和回波损耗;一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω;驻波比：它是行波系数的倒数,其值在1到无穷大之间;驻波比为1,表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射,完全失配;在移动通信系统中,一般要求驻波比小于,但实际应用中VSWR应小于;过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大,影响基站的服务性能;回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数,以分贝值表示;回波损耗的值在0dB 的到无穷大之间,回波损耗越大表示匹配越差,回波损耗越大表示匹配越好;0表示全反射,无穷大表示完全匹配;在移动通信系统中,一般要求回波损耗大于14dB;2 天线的极化方式所谓天线的极化,就是指天线辐射时形成的电场强度方向;当电场强度方向垂直于地面时,此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时,此电波就称为水平极化波;由于电波的特性,决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流,极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减,而垂直极化方式则不易产生极化电流,从而避免了能量的大幅衰减,保证了信号的有效传播;因此,在移动通信系统中,一般均采用垂直极化的传播方式;另外,随着新技术的发展,最近又出现了一种双极化天线;就其设计思路而言,一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式,性能上一般后者优于前者,因此目前大部分采用的是±45°极化方式;双极化天线组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线,并同时工作在收发双工模式下,大大节省了每个小区的天线数量；同时由于±45°为正交极化,有效保证了分集接收的良好效果;其极化分集增益约为5dB,比单极化天线提高约2dB;3 天线的增益天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力,它是选择基站天线最重要的参数之一;一般来说,增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度,而在水平面上保持全向的辐射性能;天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要,因为它决定蜂窝边缘的信号电平;增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围,或者在确定范围内增大增益余量;任何蜂窝系统都是一个双向过程,增加天线的增益能同时减少双向系统增益预算余量;另外,表征天线增益的参数有dBd和dBi;DBi是相对于点刺煜叩脑鲆妫诟鞣较虻姆涫蔷鹊模籨Bd相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+;相同的条件下,增益越高,电波传播的距离越远;一般地,GSM定向基站的天线增益为18dBi,全向的为11dBi;4 天线的波瓣宽度波瓣宽度是定向天线常用的一个很重要的参数,它是指天线的辐射图中低于峰值3dB处所成夹角的宽度天线的辐射图是度量天线各个方向收发信号能力的一个指标,通常以图形方式表示为功率强度与夹角的关系;天线垂直的波瓣宽度一般与该天线所对应方向上的覆盖半径有关;因此,在一定范围内通过对天线垂直度俯仰角的调节,可以达到改善小区覆盖质量的目的,这也是我们在网络优化中经常采用的一种手段;主要涉及两个方面水平波瓣宽度和垂直平面波瓣宽度;水平平面的半功率角H－Plane Half Power beamwidth:45°,60°,90°等定义了天线水平平面的波束宽度;角度越大,在扇区交界处的覆盖越好,但当提高天线倾角时,也越容易发生波束畸变,形成越区覆盖;角度越小,在扇区交界处覆盖越差;提高天线倾角可以在移动程度上改善扇区交界处的覆盖,而且相对而言,不容易产生对其他小区的越区覆盖;在市中心基站由于站距小,天线倾角大,应当采用水平平面的半功率角小的天线,郊区选用水平平面的半功率角大的天线；垂直平面的半功率角V－Plane Half Power beamwidth:48°, 33°,15°,8°定义了天线垂直平面的波束宽度;垂直平面的半功率角越小,偏离主波束方向时信号衰减越快,在越容易通过调整天线倾角准确控制覆盖范围;5 前后比Front-Back Ratio表明了天线对后瓣抑制的好坏;选用前后比低的天线,天线的后瓣有可能产生越区覆盖,导致切换关系混乱,产生掉话;一般在25－30dB之间,应优先选用前后比为30的天线;。
天线的基本参数
天线的基本参数天线是无线通信领域中重要的部分，它起到了把信号传输到接收器的作用。
因此，了解天线的基本参数十分重要，以便正确使用它。
首先，要了解天线的一些基本特性。
它们可以根据特定参数来表征，包括带宽、增益、垂直梯度和水平梯度。
其次，要了解天线的增益。
增益是指天线将发射功率转换成接收信号的能量，它是以比特每米（dBm）来表示的，其中一个dBm等于一瓦。
它能反映天线的传输能力，一般来说，增益越高，信号传输效果越好。
第三，要了解天线的带宽。
带宽是指在一定频率范围内，信号的传播能力，它往往用操作频率的倍数，及其相对值来表示，它能够说明天线的处理能力。
第四，要了解天线的垂直梯度。
垂直梯度是指信号在空间中的分布，它能反映信号传播的范围和方式。
第五，要了解天线的水平梯度。
水平梯度是指信号在水平方向上的分布，它可以反映信号传播的方向性。
总之，天线的基本参数包括带宽、增益、垂直梯度和水平梯度。
其中，增益能反映天线的传输能力，带宽能够说明天线的处理能力，垂直梯度能反映信号传播的范围和方式，而水平梯度则可以反映信号传播的方向性。
因此，理解这些基本参数对于正确使用天线至关重要。
从应用的角度来看，天线的参数会影响通信系统的性能，因此，在进行无线通信设计时，首先应该考虑天线的参数。
一般来说，精确的带宽可以很好地满足频率需求，而高增益可以有效地提高信号传输的距离。
此外，如果合理的设置垂直梯度和水平梯度，也能够使信号在指定的方向进行传播，进而提高信号传输的稳定性。
上面都是关于天线参数的一些基本内容。
不仅要了解天线参数的基本内容，而且还要考虑其在实际应用中的作用。
因此，在无线通信的设计中，天线的参数是不可或缺的一部分，对正确的安装和使用来说，正确理解天线参数起着至关重要的作用。
3天线的电参数
前向功 率
前后比较差
2021/6/3
前后比较好
天线参数（4）-方向系数
定义：
某一天线的方向系数是它在最大辐射方向上某 一距离处的辐射功率密度和辐射功率相同的无方向 性天线在同一距离处的辐射功率密度之比值。用D 表示
无方向性天线
产生的功率密度均匀分布在以天线为中心的球面上，无方向性
方向系数函数： D,
臂长度不超过0.625个波长的对称振子的方向函数
F ,c o sk L c o s s i n c o sk L 900 F9 0 0 1 co skL F ,1 c o s k L c o s c o s k L
1 c o s k L s in
2021/6/3
主瓣与旁瓣
主瓣：最大 辐射方向所 在的瓣 旁瓣（副瓣） 后瓣（尾瓣）
2021/6/3
输入电抗，对应无功功率， 贮存在近区中
电压驻波比（VSWR）
VSWR 1 S11 1 S11
<1.5
回波损耗（反射系数S11）
S11
Zin Zin
Zc Zc
<-10dB
2021/6/3
天线的输入阻抗决定于天线的结构、工作频 率以及周围的环境。输入阻抗的计算是比较 困难的，除了少数天线外，大多数天线的输 入阻抗在工程中采用近似计算或实验测定。
0
Emax
60Iinlein r
l I z dz
lein o Iin
2021/6/3
由 于 辐 射 电 阻 随 长 度 的 平 方 ， 欧 姆 电 阻 随 长 度 的1次 方 增 长 ，
因此，增加天线的长度就可以提高天线的效率。
2021/6/3
天线参数（6）-增益
[无线通信技术]天线的特性(精)
![[无线通信技术]天线的特性(精)](https://img.taocdn.com/s3/m/77cd260a4b7302768e9951e79b89680203d86b10.png)
天线的特性共振: 任何天线都谐振在一定的频率上,我们要接收哪个频率的信号,就希望天线谐振在那个频率上。
天线谐振是对天线最基本的要求,要不然,就没那么多讲究了,随便扔根线出去不也是天线嘛。
天线的谐振问题涉及到的主要数据是波长及其四分之一。
计算波长的公式很简单,300/f。
其中f的单位是MHz,而得到的结果的单位是米。
1/4波长是称作基本振子,如偶极天线是一对基本振子,垂直天线是一根基本振子。
不过天线中的振子的长度并不正好是1/4波长,因为电波在导线中行进的速度与在真空中的不同,一般都要短一些,所以有一个缩短因子。
这个因子取决于材料。
带宽: 这也是一个重要但容易被忽略的问题。
天线是有一定带宽的,这意味着虽然谐振频率是一个频率点,但是在这个频率点附近一定范围内,这付天线的性能都是差不多好的。
这个范围就是带宽。
我们当然希望一付天线的带宽能覆盖一定的范围,最好是我们所收听的整个FM广播波段。
要不然换个台还要换天线或者调天线也太麻烦了。
天线的带宽和天线的型式、结构、材料都有关系。
一般来说,振子所用管、线越粗,带宽越宽；天线增益越高,带宽越窄。
阻抗: 天线可以看做是一个谐振回路。
一个谐振回路当然有其阻抗。
我们对阻抗的要求就是匹配：和天线相连的电路必须有与天线一样的阻抗。
和天线相连的是馈线,馈线的阻抗是确定的,所以我们希望天线的阻抗和馈线一样。
一般生产的馈线,主要是300欧姆、75欧姆和50欧姆三种阻抗,国外过去还有450欧姆和600欧姆阻抗的馈线。
基本偶极天线的阻抗是75欧姆左右,V型偶极天线是50欧姆左右,基本垂直天线阻抗 50欧姆。
其他天线一般阻抗都不是50或75欧姆,那么在把它们与馈线连接之前,需要有一定的手段来做阻抗变换。
平衡: 对称的天线是平衡的,如偶极天线、八木天线,而同轴电缆是不平衡的,把这两者连接起来,就需要解决平衡不平衡转换的问题。
增益: 天线是无源器件,但是天线是可以有增益的。
这个增益当然是相对增益,是相对于基本偶极天线而言的。
最新天线的主要特性
天线的主要特性天线的主要特性（一）天线是微波收发信设备的“出入口”，它既要将发信机的微波沿着指定的方向放射出去，同时还要接受对方传来的电磁波并送到微波收信机。
因此，天线性能的好坏将直接影响到整个微波通信系统的正常运行。
这里我们将对天线的性能指标及要求作一介绍。
天线的方向性通常一副天线向各个方向辐射电磁波的能力是不同的，它沿各个方向辐射电磁能量的强弱可用天线的方向系数来表示。
所谓天线的方向系数是指在某点产生相等电场强度的条件下，无方向性天线总辐射功率PF0与定向天线总辐射功率PF的比值，常用“D”来表示，即天线方向性图（3-4）不难想象，定向天线沿各个方向辐射的电场强度是不相同的，因而定向天线的方向系数也将随着观测点的位置不同而有所不同。
其中方向系数最大的地方，即辐射增强的方向，称主射方向。
通常人们用天线的方向图来表示天线对各个方向的方向系数大小，如图所示。
由图可以看出，天线的方向性图像象花朵的叶瓣，各叶瓣称为方向叶。
处于主射方向的方向叶称为主叶，处于主叶反方向位置的方向叶称为后叶，其他方向的方向叶统称为副叶。
显然主叶的宽度越窄，说明天线的方向性也好。
天线方向性的好坏，工程上常采用半功率角和零功率角两个参量来表示。
所谓半功率角是指主叶瓣上场强为主射方向场强的1/√2= 0.707时（即功率下降1/2时），两个方向间的夹角，即为“2θ0.5”；所谓零功率角是指偏离主射方向最近的两个零射方向（辐射场强为零的方向）之间的夹角，记为“2θ0”。
半功率角和零功率角越小，表示主叶瓣的宽度越窄，说明天线的方向性越好。
一副方向性良好的天线，除了必须具备上述具有较小的半功率角和零功率角外，还应该包括后叶瓣和副叶瓣尽可能小，以减小可能出现的窜扰。
天线的主要特性（二）天线增益所谓天线增益是指天线将发射功率往某一指定方向发射的能力。
天线增益定义为：取定向天线主射方向上的某一点，在该点场强保持不变的情况下，此时用无方向性天线发射时天线所需的输入功率Pi0，与采用定向天线时所需的输入功率Pi之比称为天线增益，常用“Ｇ” 表示。
天线主要参数
天线方向图、增益、波瓣宽度是表征天线性能的主要参数,天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。
天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。
天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。
匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。
在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。
一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω。
驻波比：它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。
驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。
在移动通信系统中，一般要求驻波比小于，但实际应用中VSWR应小于。
过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大，影响基站的服务性能。
回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。
回波损耗的值在0dB的到无穷大之间，回波损耗越小表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。
0表示全反射，无穷大表示完全匹配。
在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于14dB。
天线的极化方式所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。
当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。
由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。
因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。
另外，随着新技术的发展，最近又出现了一种双极化天线。
就其设计思路而言，一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是±45°极化方式。
天线的主要性能指标
天线的主要性能指标表征天线性能的主要参数有方向图，增益,输入阻抗，驻波比,极化，双极化天线的隔离度，及三阶交调等。
1、方向图天线方向图是表征天线辐射特性空间角度关系的图形。
以发射天线为例，从不同角度方向辐射出去的功率或场强形成的图形。
一般地，用包括最大辐射方向的两个相互垂直的平面方向图来表示天线的立体方向图，分为水平面方向图和垂直面方向图。
平行于地面在波束最大场强最大位置剖开的图形叫水平面方向图；垂直于地面在波束场强最大位置剖开的图形叫垂直面方向图。
描述天线辐射特性的另一重要参数半功率宽度，在天线辐射功率分布在主瓣最大值的两侧,功率强度下降到最大值的一半(场强下降到最大值的0.707倍,3dＢ衰耗)的两个方向的夹角，表征了天线在指定方向上辐射功率的集中程度。
一般地,GSM定向基站水平面半功率波瓣宽度为65o，在１20o 的小区边沿，天线辐射功率要比最大辐射方向上低9-1０ｄB。
２、方向性参数不同的天线有不同的方向图，为表示它们集中辐射的程度,方向图的尖锐程度,我们引入方向性参数。
理想的点源天线辐射没有方向性,在各方向上辐射强度相等，方向是个球体。
我们以理想的点源天线作为标准与实际天线进行比较，在相同的辐射功率某天线产生于某点的电场强度平方E2与理想的点源天线在同一点产生的电场强度的平方E０2的比值称为该点的方向性参数Ｄ=E2/E023、天线增益增益和方向性系数同是表征辐射功率集中程度的参数,但两者又不尽相同。
增益是在同一输出功率条件下加以讨论的,方向性系数是在同一辐射功率条件下加以讨论的。
由于天线各方向的辐射强度并不相等,天线的方向性系数和增益随着观察点的不同而变化，但其变化趋势是一致的。
一般地，在实际应用中，取最大辐射方向的方向性系数和增益作为天线的方向性系数和增益。
另外，表征天线增益的参数有dBd和dＢi。
DBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的;dＢd相对于对称阵子天线的增益dBｉ=dBd+2．1５。
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3.2 天线的方向性和增益
3.2.1方向函数 （1）电基本振子的辐射场
60 Il E j sin exp( jk r ) r （为场点、坐标原点连线与天线轴线的夹角） 60 I l E sin r
一般来讲，损耗电阻的计算是比较困难的，但可由实验 确定。若要提高天线效率,必须尽可能地减小损耗电阻 和提高辐射电阻。 通常，超短波和微波天线的效率很高，接近于1。
15
反射
Rl Pl Rr Pr
P in P r P l
传输
Rin Rr Rl
在不连续处会发生反射与传输的现象，电压反射系数为Γ
H E
Pr
2 0
E dP r 2
2
2 r sin dd
0
E 2
2
2 r sin dd
r2 2
2 2 d E sin d 0 0
W
可用来求任意天线的辐射功率
n 1 1 3 5 ...... n为偶数 2 2 4 6 n n n 积分公式： 02 sin xdx 02 cos xdx 2 64 6 1 ...... n 1 n为奇数 n 3 5 7
提高天线效率：减少损耗电阻，提高辐射电阻 14
1 2 Pin Pr Pl ; Rin Rr Rl ; P I R 2
Pl
Pin
Rin
物理意义：表示有百分之几的高频电流的输入
有功功率转变成了辐射出去的电磁波能量。
Rn 结论：辐射电阻 R越大，损耗电阻 越小，天线 r 的就越高。在工程设计中， 往往给定，这时就 Rr Rl 需要降低 来提高天线的效率。
I I m sin wt
7
将 E 代入，得：
Im Pr 3
2
l
2
在自由空间，电偶极子的辐射功率为：
I ml Pr 40
2
8
2
2、辐射电阻 Rr： 发
射 机
Pr
发 射 机
Rr
辐射电阻Rr：电流元向外的辐射能量来自波源，对于波源来说，
2
电特性参数
• 天线的分析：求给定天线的特性参数；
• 天线综合：在预先给定天线参数的情况下， 求天线上的电流分布
根据互易定理，对一个无源线形天线来说，无论是用 于发射，还是用于接收，天线的特性参数都是相同的。
3
3.1 天线的辐射功率和辐射电阻
以天线为中心，作一球面（球面半径 r>>波长 ）,则从天线辐射出来的能 量必须全部通过这球面。
12
3 天线效率：天线辐射功率与输入有功功率的比值，称为 天线的效率。
一般来说,载有高频电流的天线导体及其绝缘介质 都会产生损耗，因此输入天线的实功率并不能 全部地转换成电磁波能量。可以用天线效率 ( Eff iciency) 来表示这种能量转换的有效程度。 天线效率定义为天线辐射功率Pr与输入功率Pin 之比，记为η A，即
10
l Pr＝40 I
2 2
2
P r天线辐射功率 P 辐射电阻耗散
2
I 2 Rr辐射电阻 2
2
l Rr 80 11
• 例题：求波源频率f=1GHz，线长l=1cm的导线的 辐射电阻。（1）设导线是长直的；（2）设导线 弯成环形形状。 （3）辐射1W的功率分别需要多大的电流？
电流元相当于波源的负载。工程实际中．为了衡量天线辐射功 率的大小，以辐射电阻Rr表述天线。
是将天线辐射到空间中的总辐射功率等效地视为被一个电阻所吸收， 这个电阻值便是天线的辐射电阻。
辐射电阻是天线辐射能力的表征，当不同的天线上有同样的参考电流 值时，辐射电阻越大，则它所等效“吸收”的功率越大，也就是天线 产生的辐射功率越大，辐射能力越强
Pr A Pin
13
3 天线的效率（Efficiency）
in
Pr 天线效率A：天线辐射有功功率Pr 与天线输入的 A P in 有功功率P 之比，表示天线能量转化的量度，即
发 射 机
Pl
Pin
Pr
Hale Waihona Puke PrRrRl
Pr Rr Rr (1 2 25) Pin Rin Rr Rl
发射机的发射功率Pt , 馈电点处反射功率（对天线来说是损耗）为：Pt 2 ； 传输功率（天线的输入功率）为Pin Pt 1－ 2 传输＝ Pr Pt 1－ 2 A Pt 1－ 2 Pt
Pr 2 1－ A (1.2.26) 16 Pt
例：求电偶极子的辐射功率？ 电偶极子的辐射场
2 Ilk jkr sin e E j 4wr E E 0 r
传播常数
k w
Ilk jkr H j 4r sin e H H 0 r
此处Im为振 幅值，即电 流最大值。
9
2、辐射电阻 Rr： 发
射 机
Pr
发 射 机
Rr
辐射电阻Rr：电流元向外的辐射能量来自波源，对于波源来说，
电流元相当于波源的负载。工程实际中．为了衡量天线辐射功 率的大小，以辐射电阻Rr表述天线。
1 2 Pr I m Rr 2
2 Pr Rr 2 Im
Im为电流振幅。 R称为辐射电阻， r
1、辐射功率：在单位时间内通过球面向 外辐射的电磁能量的平均值。
4
3.1 天线的辐射功率和辐射电阻 z
rd
r sin d
r sin
r
1 S E H 2
y
I x
d
ds r sin d d
2
5
通过小面积ds的功率为
1 2 dPr Sds E H r sin dd 2
第3章 天线的特性参数
1
机械特性参数：形状，尺寸，材料，可靠性等 一次参数：方向性图，输入阻抗， 效率 二次参数：方向性系数，增益， 波瓣宽度，前后比，极化特性等
• 描述天线工作特性的参数称为天线电参数(Basic Antenna Parameters)，又称电指标。它们是定量衡 量天线性能的尺度。 • 大多数天线电参数是针对发射状态规定的，以衡量天线 把高频电流能量转变成空间电波能量以及定向辐射的能 力。