第三章-天线的性能参数PPT课件
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(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。
天线原理、性能参数以及分类
天线原理、性能参数以及分类天线的原理要分两部分来说，⼀是发射天线，⼀是接收天线。
发射天线简单说，就是通过⼀根叫做“天线”的电极将天线与地之间形成的⾼频电场变成电磁波，从⽽能发射出去并传波到远⽅。
接收天线简单说，就是通过⼀根叫做“天线”的电极将空中传来的电磁波感应为电场，⽣成⾼频信号电压，送到接收机进⾏信号处理。
天线的性能参数1、⼯作频段（Frequency Range）⼯作频段：⽆论天线还是其他通信产品，总是在⼀定的频率范围（频带宽度）内⼯作，其取决于指标的要求。
通常情况下，满⾜指标要求的频率范围即可为天线的⼯作频率。
⼯作频段的宽度称为⼯作带宽，⼀般全向天线的⼯作带宽能达到中⼼频率的3-5%，定向天线的⼯作带宽能达到中⼼频率的5-10%。
2、输⼊阻抗（Input Impedance）输⼊阻抗：天线输⼊端信号电压与信号电流之⽐，称为天线的输⼊阻抗。
⼀般移动通信天线的输⼊阻抗为50Ω。
输⼊阻抗与天线的结构、尺⼨以及⼯作波长有关，在要求的⼯作频率范围内，使输⼊阻抗的虚部很⼩且实部相当接近50Ω，这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须。
3、电压驻波⽐（VSWR）电压驻波⽐：天线的电压驻波⽐是把天线作为⽆耗传输线的负载时，在沿传输线产⽣的电压驻波图形上，其最⼤值与最⼩值之⽐。
驻波⽐的产⽣，是由于⼊射波能量传输到天线输⼊端并未被全部吸收（辐射）产⽣的反射波迭加⽽形成的。
VSWR越⼤，反射越⼤，匹配越差。
在移动通信系统中，⼀般要求驻波⽐⼩于1.5。
4、隔离度（Isolation）隔离度代表馈送到双极化天线⼀个端⼝(⼀种极化)的信号在另外⼀个端⼝(另⼀种极化)中出现信号的⽐例。
5、三阶互调（Third Order Inter modulation）三阶互调信号：是指两个信号在⼀个线性系统中，由于⾮线性因素存在使⼀个信号的⼆次谐波与另⼀个信号的基波产⽣差拍（混频）后的寄⽣信号。
互调现象就是由频带外的两个或多个载波频率混频后落在频带内的新的频率分量，造成系统性能下降的现象6、功率容量（Power Capacity）功率容量：天线的功率容量是指按规定的条件在规定的时间周期内可连续地加到天线上⽽⼜不致降低其性能的最⼤连续射频功率。
天线的电特性参数
|U|max= |U|min 则根据驻波比定义可得： S=1
精选课件
7
二、驻波状态
当传输线终端短路、开路和接纯电抗负载时，将产生全反射， 线上反射波与入射波幅度相等，二者叠加，在线上形成纯驻波， 这种状态称为驻波状态。
（一）传输线终端短路
由于短路，终端出电压必然为零，即终端入射波电压与反射波 电压幅度相等，相位相反，他们在终端处互相抵消的结果，同 时短路处入射电流与反射电流大小相等，相位相同，只有这样 才能使全部功率反射回去。在此状态下|U+|=|U-|
行驻波电压和电流分布规律与驻波状态完全类似，其不同点是 行驻波的波腹不为入射波振幅的2倍，波节也不为零。
精选课件
11
▪总结
实际环境中，由于天馈线系统并非理想状态，总存在一 定损耗，所以天馈线系统内的入射波无法达到匹配状态，天 馈线系统内实际是行驻波状态，为使能量在天馈线系统内不 至产生大的损耗，所以我们才会以驻波比来作为衡量天线性 能的一项重要指标。驻波比越接近1，则越接近于理想状态。件
1
➢方向性图 ➢天线增益 ➢输入阻抗 ✓驻波比 ➢极化方式 ➢效率系数等等
精选课件
2
▪驻波比(VSWR)的定义：
驻波系数（驻波比）定义为馈线上信号合成波电压（或 电流）的最大值与馈线上的信号合成波电压（或电流）的最 小值之比，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1.5， 但实际应用中VSWR应小于1.2。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。
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12
此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！ 部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！感谢你的观看！
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二、驻波状态
当传输线终端短路、开路和接纯电抗负载时，将产生全反射， 线上反射波与入射波幅度相等，二者叠加，在线上形成纯驻波， 这种状态称为驻波状态。
（一）传输线终端短路
由于短路，终端出电压必然为零，即终端入射波电压与反射波 电压幅度相等，相位相反，他们在终端处互相抵消的结果，同 时短路处入射电流与反射电流大小相等，相位相同，只有这样 才能使全部功率反射回去。在此状态下|U+|=|U-|
行驻波电压和电流分布规律与驻波状态完全类似，其不同点是 行驻波的波腹不为入射波振幅的2倍，波节也不为零。
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11
▪总结
实际环境中，由于天馈线系统并非理想状态，总存在一 定损耗，所以天馈线系统内的入射波无法达到匹配状态，天 馈线系统内实际是行驻波状态，为使能量在天馈线系统内不 至产生大的损耗，所以我们才会以驻波比来作为衡量天线性 能的一项重要指标。驻波比越接近1，则越接近于理想状态。件
1
➢方向性图 ➢天线增益 ➢输入阻抗 ✓驻波比 ➢极化方式 ➢效率系数等等
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▪驻波比(VSWR)的定义：
驻波系数（驻波比）定义为馈线上信号合成波电压（或 电流）的最大值与馈线上的信号合成波电压（或电流）的最 小值之比，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1.5， 但实际应用中VSWR应小于1.2。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。
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《天线基础培训》课件
05
天线基础培训总结
培训内容回顾
天线基础知识
介绍了天线的定义、分类、基 本参数等，帮助学员了解天线
的基本概念和原理。
天线设计
讲解了天线设计的原则、步骤 和方法，以及如何根据实际需 求选择合适的天线类型和参数 。
天线应用
介绍了天线在通信、雷达、导 航等领域的应用，以及不同应 用场景下天线的选择和优化。
《天线基础培训》ppt 课件
contents
目录
• 天线基础知识 • 天线设计与优化 • 天线在通信系统中的应用 • 天线的新技术与未来发展 • 天线基础培训总结
01
天线基础知识
天线的定义与作用
总结词
天线的定义与作用
详细描述
天线是无线通信系统中的重要组成部分，用于接收和发送无线电波。它能够将传输线中的导行波转换为自由空间 中的电磁波，或者将自由空间中的电磁波转换为导行波。天线在通信系统中发挥着至关重要的作用，它的性能直 接影响到无线信号的接收和发送质量。
天线测量与性能评估
讲解了天线测量和性能评估的 方法、标准和实际操作，帮助 学员了解如何评估天线的性能
和质量。
培训效果评估
学员反馈
通过问卷调查和口头反馈，收集学员对培训内容、讲师、组织等方面 的意见和建议，以改进后续的培训活动。
测试与考试
对学员进行测试和考试，以评估学员对天线基础知识的掌握程度和应 用能力。
。
A
B
C
D
加强互动与交流
组织更多的互动和交流活动，鼓励学员之 间的合作和学习经验的分享，提高培训效 果和学习效率。
增加实践环节
增加更多的实践操作和实验，让学员通过 实际操作加深对理论知识的理解和掌握。
3-4天线的电参数
2010-9-23
一 方向图
表示场的相对大小，因此，画图时要用归一化方向 函数 F (θ , φ ) = E (θ , φ ) Emax
电偶极子的归一化方向函数 F (θ , φ ) = F (θ , φ ) = sin θ
臂长度不超过0.625个波长的对称振子的方向函数 cos ( kL cos θ ) cos ( kL ) F (θ , φ ) = sin θ 0 θ = 900 F (θ = 90 ) = 1 cos kL
Emax =
60 Pin r
某天线的增益系数，表征该天线在其最大辐射方向上比起 无方向性理想天线来说把输入功率放大的倍数。 对于无耗天线，G=D
2010-9-23
由于方向系数和增益表示的是功率的比值，因此，
DdB = 10 lg D GdB = 10 lg G 用分贝表示基本振子的方向系数 DdB = 10 lg (1.5 ) = 1.76dB
2010-9-23
七、输入阻抗
天线通过传输线与发射机相连，天线作为传输线的 负载，与传输线之间存在阻抗匹配的问题。 天线与传输线连接处称为天线的输入端，天线输入 端呈现的阻抗值定义为天线的输入阻抗，用Zin表示
U in Z in = = Rin + jX in I in
输入电阻，对应有功功率， 以辐射和损耗两种方式耗散 掉 输入电抗，对应无功功率， 贮存在近区中
（分贝）
二、主瓣宽度 主瓣宽度
半功率主瓣宽度 主瓣最大值两侧功率密度等于最大方向上功率 密度一半的两个方向的夹角 23db 2θ3db 零功率主瓣宽度 主瓣最大值两侧的两个零辐射方向间的夹角
2θ 0
20
2010-9-23
二、基本振子的主瓣宽度
一 方向图
表示场的相对大小，因此，画图时要用归一化方向 函数 F (θ , φ ) = E (θ , φ ) Emax
电偶极子的归一化方向函数 F (θ , φ ) = F (θ , φ ) = sin θ
臂长度不超过0.625个波长的对称振子的方向函数 cos ( kL cos θ ) cos ( kL ) F (θ , φ ) = sin θ 0 θ = 900 F (θ = 90 ) = 1 cos kL
Emax =
60 Pin r
某天线的增益系数，表征该天线在其最大辐射方向上比起 无方向性理想天线来说把输入功率放大的倍数。 对于无耗天线，G=D
2010-9-23
由于方向系数和增益表示的是功率的比值，因此，
DdB = 10 lg D GdB = 10 lg G 用分贝表示基本振子的方向系数 DdB = 10 lg (1.5 ) = 1.76dB
2010-9-23
七、输入阻抗
天线通过传输线与发射机相连，天线作为传输线的 负载，与传输线之间存在阻抗匹配的问题。 天线与传输线连接处称为天线的输入端，天线输入 端呈现的阻抗值定义为天线的输入阻抗，用Zin表示
U in Z in = = Rin + jX in I in
输入电阻，对应有功功率， 以辐射和损耗两种方式耗散 掉 输入电抗，对应无功功率， 贮存在近区中
（分贝）
二、主瓣宽度 主瓣宽度
半功率主瓣宽度 主瓣最大值两侧功率密度等于最大方向上功率 密度一半的两个方向的夹角 23db 2θ3db 零功率主瓣宽度 主瓣最大值两侧的两个零辐射方向间的夹角
2θ 0
20
2010-9-23
二、基本振子的主瓣宽度
天线PPT课件(完整版)
天线发展简史
一、1886, 赫兹（Heinrich Rudolf Hertz, 1857-1894）
1839年法拉第（Michael Faraday, 1791-1867）发现、 1873年麦克斯韦(James Clerk Maxwell, 1831-1879)完成的电磁 理论，在1886年由海因里希· 鲁道夫· 赫兹建立了第一个无 线电系统，首次在实验室证实。
§1.1 辅助函数法
在远场区
E jA E jA E jA Er 0
1 j ˆE ˆ A H r r
天线辐射问题分析过程
§1.2 电基本振子
什么是电基本振子？ 一段通有高频电流的直导线，当导线长度远远小于
7
天线发展简史
三、1980, 超大阵列（VLA）抛物面天线（Very Large Array Steerable Parabolic Dish Antennas） 位于美国新墨西哥州（Socorro, New Mexico）的超大阵 列天线由27面直径为25米的抛物面按Y型方式排列组成，是 世界第一个射电天文望远镜。其分辨率相当于36千米跨度的 天线，而灵敏度相当于直径为130米的碟型天线。
2 A k A J
2
A 4 A 4
－线电流
远场辐，忽略高阶项
1 n 2,3,4, rn
jkr e ˆA , ˆA , ˆAr , A r , r
r
1 ˆA , ˆA , 1 E je jkr 2 r r
天线与电波传播
绪论
《射频电路与天线》课件
电容元件
定义
电容元件是一种能够存储电场能 量的元件，其基本结构是两个平
行板导体之间的绝缘介质。
工作原理
当电压施加在电容元件上时，会在 电介质中产生电场，使得两极板之 间产生电荷吸引力。
特性
电容元件具有容抗，其值与电容量 和频率成反比。在射频电路中，电 容元件常用于滤波、耦合和匹配等 应用。
电阻元件
天线的工作原理
总结词
天线的工作原理
VS
详细描述
天线的工作原理基于电磁波的传播和辐射 。当天线受到电磁波激励时，会在其周围 产生电磁场，形成电磁波的辐射和传播。 天线的形状、尺寸和材料等因素决定了其 辐射特性和方向性。常见的天线形式包括 偶极子天线、单极子天线、抛物面天线等 ，它们各有不同的工作原理和应用场景。
能将得到进一步提升，为无线通信技术的发展提供有力支持。
02 射频电路的基本元件
电感元件
定义
电感元件是一种能够存储磁场能量的 元件，其基本结构是一个导线绕组。
工作原理
特性
电感元件具有感抗，其值与电感量成 正比，与频率成反比。在射频电路中 ，电感元件常用于滤波、耦合和调谐 等应用。
当电流在电感元件中流动时，会产生 一个与电流变化方向相反的感应电动 势，阻碍电流的变化。
《射频电路与天线》PPT课件
contents
目录
• 射频电路概述 • 射频电路的基本元件 • 天线基础 • 常见天线类型与应用 • 天线阵列与馈电网络 • 射频电路与天线的未来发展
01 射频电路概述
定义与特点
总结词
射频电路是无线通信系统中的关键组成部分，具有频率高、频带宽、信号传输损耗低等特点。
要点二
详细描述
在进行馈电网络设计与实现时，需要综合考虑信号传输效 率、功率分配均匀性、相位一致性等因素。通过对传输线 型式、功率分配器和相位调整器等进行合理选择和设计， 可以确保馈电网络的性能满足天线阵列的工作需求。同时 ，还需要考虑馈电网络的可靠性、可维护性和成本等因素 ，以满足实际应用的需求。
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
第3章 偶极子天线 ppt课件
2020/10/28
14
3.3 偶极子天线
偶极子天线的辐射场与方向性 1. 辐射场 电偶极子辐射场： dE j6 0 Irzdzsi nejkr
对称振子上线元dz在远区的辐射场：
d 'E j6 0 Im s ik r(n lz)dszi e n jkr
r——观察点至单元电流 的距离。
2020θ/10—/28 —射线至天线轴的夹角。
5
3.1电偶极子
• 远区场的表达式(错)
2020/10/28
6
3.1电偶极子
•电偶极子辐射场的特性 1 场强与电流、偶极子长度、与z轴的夹角、 距离的倒数成反比； 2 电场和磁场的远场比值为波阻抗； 3电场和磁场的远场是正交的；
2020/10/28
7
3.1电偶极子
2020/10/28
电偶极子的方向性函数
设振子单位长度损耗电阻为整个振子的损耗功率为klkl33偶极子天线根据传输线理论电感单位长度电阻为理想传输线的特性阻为相位常数衰减常数为传播常数入阻抗为的终端开路传输线的输特性阻抗为长度为ln12033偶极子天线ln120ln120ln12033偶极子天线chklsh33偶极子天线33偶极子天线在偶极子天线长度确定的情况下随着频率的变化方向图或最大辐射方向会改变副瓣电平可能增大阻抗匹配将变坏等
归一化方向性函数：
F()ffm ()a x fm 1ac x okc sls(o i)n sco ks l
2020/10/28
18
3.3 偶极子天线
半波对称振子 l/4, 900时 fmax1
cos( cos ) F ( ) 2
s in
20.5 780
E面 120
150
天线基本知识及天线选型讲课稿
回波(huí bō)损耗(Return Loss)
50 ohms
Forwarda: 10W Backward: 0.5W
80 ohms
9.5 W
回波(huí bō)损耗Return Loss： 10log(10/0.5) = 13dB 驻波比VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
电压(diànyā)驻波比
(VSWR)
0dBi
EIRP = +39.8 dBm
Return Loss = 20 Log VSWR +1 = 14dB VSWR-1
Ant VSWR = 1.5:1
+40 dBm (10 watts)
(400mW)
+26 dBm
第十八页，共71页。
天线(tiānxiàn)电性能参数介绍及
第十六页，共71页。
天线电性能参数介绍及选型
电压(diànyā)驻波比 (VSWR)
电压驻波比VSWR: 微波传输线的阻抗必须与天线的输入阻抗匹配 否则就会有反射波产生，流向信号源 由反射波和入射波合成而产生的称为－驻波
驻波信号振幅的最大值与最小值之比称为－电压驻波比VSWR 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1.5，但实际应用中VSWR应小于 1.3。过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰(gānrǎo) 加大，影响基站的服务性能。
FDD补充频段:1755—1785MHz/1850—1880MHz
占用(zhà n yò nɡ)60MHz+30MHz（对称频段）
TDD频段:1880—1920MHz、2010—2025MHz
50 ohms
Forwarda: 10W Backward: 0.5W
80 ohms
9.5 W
回波(huí bō)损耗Return Loss： 10log(10/0.5) = 13dB 驻波比VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
电压(diànyā)驻波比
(VSWR)
0dBi
EIRP = +39.8 dBm
Return Loss = 20 Log VSWR +1 = 14dB VSWR-1
Ant VSWR = 1.5:1
+40 dBm (10 watts)
(400mW)
+26 dBm
第十八页，共71页。
天线(tiānxiàn)电性能参数介绍及
第十六页，共71页。
天线电性能参数介绍及选型
电压(diànyā)驻波比 (VSWR)
电压驻波比VSWR: 微波传输线的阻抗必须与天线的输入阻抗匹配 否则就会有反射波产生，流向信号源 由反射波和入射波合成而产生的称为－驻波
驻波信号振幅的最大值与最小值之比称为－电压驻波比VSWR 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1.5，但实际应用中VSWR应小于 1.3。过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰(gānrǎo) 加大，影响基站的服务性能。
FDD补充频段:1755—1785MHz/1850—1880MHz
占用(zhà n yò nɡ)60MHz+30MHz（对称频段）
TDD频段:1880—1920MHz、2010—2025MHz
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
微波与天线PPT课件
天线的工作原理
总结词
天线的工作原理
详细描述
天线的工作原理基于电磁波的辐射和接收。当天线受到电流激励时，会在其周围产生电磁场，形成电 磁波的辐射。反之，当天线接收到电磁波时，会在其导体上产生感应电流，从而将电磁波能量转换为 电信号。天线的方向性和增益与其形状、尺寸和工作频率等因素有关。
天线的参数与性能
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方式、增益等。
06 总结与展望
微波与天线技术的总结
01
技术发展历程
微波与天线技术自20世纪初诞生以来，经历了从基础理论到实际应用的
发展过程。初期主要应用于军事领域，随着技术的不断进步，逐渐扩展
到通信、雷达、导航、探测等民用领域。
02
关键技术突破
在发展过程中，出现了许多关键技术突破，如超宽带天线、智能天线、
05 案例分析
案例一：卫星通信天线
总结词
卫星通信天线是微波与天线技术的重要应用之一，主要用于卫星信号的接收和 发射。
详细描述
卫星通信天线通常由反射器和馈源组成，其尺寸和形状根据所服务的卫星轨道 和频率范围而有所不同。为了实现高效的信号传输，卫星通信天线需要精确地 指向卫星，这通常通过自动控制系统来实现。
系统集成与小型化
未来微波与天线技术将更加注重系统集成和小型 化，以提高设备的整体性能和便携性。这需要突 破现有技术的限制，探索新的材料和工艺方法。
新材料的应用
随着新材料技术的不断发展，新型材料如碳纳米 管、二维材料等将在微波与天线技术中得到广泛 应用，为技术的发展带来新的机遇和挑战。
环境适应性需求
随着应用领域的不断扩展，微波与天线技术对环 境适应性提出了更高的要求。如何提高设备的抗 干扰能力、稳定性以及在复杂环境下的性能表现 ，将是未来发展的重要方向。
天线的性能参数
D DS S E E U U m ax
m ax 0 P r P r0
2 m ax
2 0 P r P r0
m ax 0 P r P r0
(3 2 0 )
天线的方向性系数也可以定义为：当同一接收点（位 于被研究天线的最大辐射方向）上辐射功率密度或场 强相同时，参考天线与被研究天线的辐射功率之比， 即
DD P P max
a) 线天线
子午面（E面）：包含天线导线轴的平面
赤道面（H面）：垂直于天线导线轴的平面
b) 架设在地面上的天线
c) 水平平面
铅垂平面
c) 超高频天线
E面：最大辐射方向和电场所在的平面
H面：最大辐射方向和磁场所在的平面
c.极坐标方向图和直角坐标方向图
d.分贝方向图：用分贝表示
P (,) ( d B ) 1 0 l g P (,) 2 0 l g F (,)
的方向。
1
增加
将 I 1 代入 E 1 2 得：
e1eθ 1rE310k2(Zel11F1(Z1i)n1)
在上式两侧对 E 2 1 取标积，整理后得：
e13r(0kZ1el1F1Z(in11))eE((θ 1 21EE22
1) 1)
2)天线2发射，天线1接收。
e 天线1:
电动势
2,
输入电流：
I2
将 I 2代入 E 2 1 得：
e2eθ2rE320k1(Z el22F2(Z2in)2)
在上式两侧对 E 1 2 取标积，整理后得：
e23r(k0 Ze2l2 F2Z(in22))eE((θ 2 12EE112)2)
3）应用互易定理
e 将 1 和 e 2 代入
e1 e2 I12 I 21
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。
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》
最早的天线
最早的发射天线是赫兹在1887年为了验证麦克斯韦根据理论推导所 作关于存在电磁波的预言而设计的。它是两个约为30厘米长、位于 一直线上的金属杆，其远离的两端分别与两个约40厘米2的正方形金 属板相连接，靠近的两端分别连接两个金属球并接到一个感应线圈 的两端，利用金属球之间的火花放电来产生振荡。当时，赫兹用的 接收天线是单圈金属方形环状天线，根据方环端点之间空隙出现火 花来指示收到了信号。
3/25/2020
17
Dept.PEE Hefei Normal
面天线时期：1930-1945
• 虽然早在1888年赫兹就首先使用了抛物柱面天线，但由于没有相应的振荡 源，一直到30年代才随着微波电子管的出现陆续研制出各种面天线。这时 已有类比于声学方法的喇叭天线、类比于光学方法的抛物反射面天线和透 镜天线等。这些天线利用波的扩散、干涉、反射、折射和聚焦等原理获得 窄波束和高增益。
天线的方向性
• 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。
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》
最早的天线
最早的发射天线是赫兹在1887年为了验证麦克斯韦根据理论推导所 作关于存在电磁波的预言而设计的。它是两个约为30厘米长、位于 一直线上的金属杆，其远离的两端分别与两个约40厘米2的正方形金 属板相连接，靠近的两端分别连接两个金属球并接到一个感应线圈 的两端，利用金属球之间的火花放电来产生振荡。当时，赫兹用的 接收天线是单圈金属方形环状天线，根据方环端点之间空隙出现火 花来指示收到了信号。
3/25/2020
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Dept.PEE Hefei Normal
面天线时期：1930-1945
• 虽然早在1888年赫兹就首先使用了抛物柱面天线，但由于没有相应的振荡 源，一直到30年代才随着微波电子管的出现陆续研制出各种面天线。这时 已有类比于声学方法的喇叭天线、类比于光学方法的抛物反射面天线和透 镜天线等。这些天线利用波的扩散、干涉、反射、折射和聚焦等原理获得 窄波束和高增益。
天线的方向性
第三讲 平面口径天线性能参数090503
第三讲：平面口径天线的电性能参数矩形口径天线的辐射特性本讲内容：1、口径天线的电性能参数 2、矩形口径天线的辐射特性讨论两种口径分布： 等幅同相分布 余弦同相分布 3、平面口径天线的一般辐射特性一般辐射特性 口径场相位分布对辐射特性的影响 一、口径天线的电性能参数天线的电性能参数主要有：方向系数D ，增益G ，口径利用效率ηa ，有效面积A e ，效率η等。
1、方向系数()()P ,,P /4D θϕθϕπ∑=特定方向辐射强度平均辐射强度22P pr S S S E θϕθϕθϕπθϕθϕη∑∑= 其中：（，）（，），（，）——功率通量密度 平均辐射强度 P 4,P ——辐射功率1（，）=（，）通常在口径面的法线方向（0θ=）上为最大辐射方向()2201,()2s sk S ds r E θϕηπρ⎛⎫=⋅ ⎪⎝⎭⎰⎰特定方向辐射强度为：()22202202201P ,r ..()21.()21()s ss s s sk dsr k ds ds E E E θϕηπηπηλρρρ⎛⎫=⎪⎝⎭⎛⎫= ⎪⎝⎭=⎰⎰⎰⎰⎰⎰201/4()4S SSP ds E ππηρ∑=⎰⎰平均辐射强度通过在整个辐射空间上式积分可计算出总辐射功率P ∑，需要知道整个θ、φ空间的方向图以及方向图的积分。
如果知道方向图函数，有时可以解析地计算上式的积分，但通常是由数值积分求得的。
通过观察知道，到达远场的总功率必然穿过了口径当计算口径天线的方向性时，如果已知口径场就可以避免方向图积分。
假定切向口径电场与磁场类似于TEM 波的关系，这可以根据对自由空间的良好匹配（例如，VSWR 低）来判断，大多数口径天线都表现出如此，这说明是TEM 波的实功率流。
方向系数22221()P(,)1/4()4s s s s E ds rD PE ds ρθϕηλπρπη∑==⎰⎰⎰⎰ 222()4()S S S S E ds D E dsρπλρ=⎰⎰⎰⎰ 通常所说的方向系数，总是指最大方向系数。
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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
11
12
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。
13
（1）功率密度和辐射强度
14
15
16
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
2r 16
则
2D2
rff
7 为了远场简化，在远场区取 kr1 即 r
远场条件：
r 2D 2
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。
2r
2r2
若 r ' r ，则随着 r ' 幂次的增大，
级数中的项依次减小。
4
在远场区
rD D——天线的最大直径
则 r r' r'cos
在分母中
令 Rr
在相位中
R取级数的前两项
5
Rrr'(rr,)rr'co s
2.远场区的定义
若 rff ——远场区的起始距离，
则 r rff 为远场区。
rff的定义： • 平行射线近似不再成立的距离 • 由于忽略级数的第三项所引起的 路程偏差为λ/16或对应的相位
3.3 接收天线理论
接收天线——接收机的信号源 接收机—— 接收天线的负载
71
3.3.1天线接收无线电波的物理过 程
1.物理过程
电波的电场可分为两个分量
a.垂直于振子轴所构成
的平面的分量 E
b.在上述平面内的分量E
E 又可分解为：
一个与导体垂直的分量
38
方向图参数
a. 零功率波瓣宽度（ b. 半功率波瓣宽度（
20E,20H
）
2 0.5E,2 0.5H ）
39
c.副瓣电平（FSLL）
FSLL10lg(S1)20lg(E1 )
S0
E0
0——主瓣
1——副瓣
d.前后比：天线在正前方和正后方辐射功率之比。
40
方向系数
定义
参考标准：通常取一个假想的无方向性天线（点源）， 即在空间各个方向上具有均匀辐射的天线作为参考标 准。
铅垂平面
c) 超高频天线
E面：最大辐射方向和电场所在的平面
35 H面：最大辐射方向和磁场所在的平面
c.极坐标方向图和直角坐标方向图
36
d.分贝方向图：用分贝表示
P (,) ( d B ) 1 0 l g P (,) 2 0 l g F (,)
37
方向图的构成
主瓣：包含最大辐射方向的瓣 副瓣：除主瓣之外的瓣 后瓣：处于主瓣后方的瓣 栅瓣：在不希望的方向上出现的与主瓣相等的瓣
27
28
(4) 天线的方向性：
方向性函数
29
30
例：基本电振子的辐射方向图
31
32
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
优点：形象，直观。 缺点：复杂，难画。
33
b.平面方向图
被研究天线：Smax Emax Pr Umax 参考点源： S0 E0 Pr0 U0
则天线在最大辐射方向的方向系数：
41
D DS S E E U U m ax
m ax 0 P r P r0
2 m ax
2 0 P r P r0
m ax 0 P r P r0
(3 2 0 )
天线的方向性系数也可以定义为：当同一接收点（位 于被研究天线的最大辐射方向）上辐射功率密度或场 强相同时，参考天线与被研究天线的辐射功率之比， 即
第三章 天线的性能参数
吕剑刚 lv.jian.gang@
1
本章主要内容
场区划分 天线参数计算 相关定理 对称振子
2
3.1 场区的划分
1. 远场近似
A
J
e-j kR
dv'
v'
4 R
R———源点到场点的矢径； 在直角坐标系中 R (x x')2 (y y')2 (z z')2
8 •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
则可得
r 0.62 D3
1） 0.62D 3/r2D 2/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） 0r0.62D3/ 为感应近场区
9
无功功率占优势
DD P P max
r0 r EmaxrE0
(321)
42
对最大方向场强的影响
1)无方向性天线的场强
S0
Pr 0
4r 2
S0
E0 2 240
(S01 2E0H0*1 2E0 H0er2 E4 00 2er)
43
44
方向性系数的计算公式
45
46
47
48
49
50
（5）增益系数
51
52
由于立体方向图复杂难画，一般只绘出两个互相垂直的 典型平面的方向图，用来联想场在空间分布的大致情况。
立体方向图可用几个平面的图形来表征。
34
主平面：两个相互垂直的平面
主平面的选取
a) 线天线
子午面（E面）：包含天线导线轴的平面
赤道面（H面）：垂直于天线导线轴的平面
b) 架设在地面上的天线
c) 水平平面
sin
e jkr
H
Il j
4 r
sin e jkr
Er 0 H r H E 0
17
18
19
（2）辐射阻抗和输入阻抗
20
21
22
23
24
（3）天线的效率
25
26
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%