5-天线原理及选型
天线基本原理及一般选型原则
二.天线辐射电磁波的基本原理
导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射， 辐射的能力与导线的长短和形状有关.如由于两导线的距离很
近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将 两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动 势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度 L远小于波长时，导线的电流很 小，辐射很微弱.
1000mW (即1W)
天线基本原理及一般选型原则
1mW
六. 天线辐射的方向性
天线的方向性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.
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。
垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收；水平极化 波要用具有水平极化特性的天线来接收；
右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收；而左 旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。当来波的极 化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要 产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用 线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生３分贝的极化损失， 即只能接收到来波的一半能量；
在这儿增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd
天线基本原理及一般选型原则
更加集中的信号
2.形成定向辐射的原理
反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线
天线 (顶视)
“全向阵” 例如在接收机中为4mW功率
“扇形覆盖天线 ” 将在接收机中有8mW功率
在我们的“扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。 这里, “扇形覆盖天线” 与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW) = 9dBd
完整版天线基本原理
完整版天线基本原理天线是一种将电磁场能量转换成电信号或者将电信号转换成电磁场能量的无线通信线路组件。
它是无线通信系统的重要组成部分，通过接收和发射电磁波，将信息传递至接收器或者环境中。
1.天线的基本原理天线的基本原理是根据远离电流源的点的法向辐射电场的方向来确定。
当电流通过导线时，会在其周围产生电磁场。
这个电磁场包含自电场和磁场两部分。
2.天线的结构天线的常见结构包括金属导线、金属片和金属网格等。
导线型天线广泛应用于各种通信系统中，如普通天线、微带天线、螺旋天线等。
导线型天线通常由金属材料制造，包括铜、铝和银等。
导线的长度和形状会影响天线的工作频率和辐射模式。
3.天线的工作原理天线的工作原理可以简单描述为接收和发射电磁场能量。
当电磁波到达天线时，它们会在导线上引起电磁感应现象，导致电子在导线中运动，进而形成感应电流和电磁场。
接收天线将电磁波转化为电信号，通过连接到接收器或接收电路的导线将信号传递给接收器，然后接收器将其转化为有用的信息。
发射天线接收到电信号后，将其转化为电磁波，并通过导线发射出去。
4.天线的工作频率和辐射模式天线的工作频率是天线接收和发射电磁信号的频率范围。
不同类型的天线对应不同的工作频率范围。
天线的长度和形状会影响天线的共振频率。
天线的辐射模式是指天线在不同方向上的辐射能力，它受到天线的结构和工作频率的影响。
辐射模式通常用辐射图来表示，辐射图描述了天线在各个方向上的辐射能力。
5.天线的增益和效率天线的增益是指天线在一些方向上辐射能量的能力，与参考天线（理想天线）相比较。
增益越大，则天线在特定方向上的辐射能力越好。
天线的效率是指天线将输入能量转换为输出能量的比率。
天线的效率受到天线材料、结构和工作频率的影响。
提高天线效率的方法包括减少导线损耗、减少表面反射损耗等。
6.天线的常见类型常见的天线类型包括偶极子天线、螺旋天线、微带天线、天线阵列等。
偶极子天线是最常见和最简单的天线，它由两个导线构成，用于发射和接收电磁波。
_华为-天线原理及选型
HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Internal HUAWEI Confidentiall学习完此课程，您将会：[掌握天线的作用、基本原理、常见分类、主要技术指标，从而指导如何进行典型场景下的天线选型。
1.1天线的作用1.2天线工作原理1.3天线工作带宽1.4天线极化1.1天线作用l把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间l收集无线电波并产生电信号天线的位置和作用基站天馈系统示意图1.2天线工作原理1.3天线工作带宽1.4天线极化1.2天线工作原理l导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关；l当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。
通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。
1.2天线工作原理l 两臂长度相等的振子叫做对称振子l 每臂长度为四分之一波长，称为半波振子l 全长与波长相等的振子，称为全波对称振子l 将振子折合起来的，称为折合振子1.2天线工作原理1.2天线工作原理1.3天线工作带宽1.4天线极化1.3天线工作带宽l无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围内工作的。
通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小，据此可定义天线的频率带宽。
l天线工作带宽有几种不同的定义：[一种是指天线增益下降3dB时的频带宽度；[一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度;l在移动通信系统中天线工作带宽是按后一种定义的。
具体的说，就是当天线的输入驻波比≤1.5时，天线的工作带宽。
1.2天线工作原理1.3天线工作带宽1.4天线极化1.4天线极化l天线的极化方向：天线辐射的电磁场的电场方向垂直极化水平极化+ 45度倾斜的极化- 45度倾斜的极化双极化天线l两个天线为一个整体l传输两个独立的波V/H (垂直/水平)倾斜 (+/- 45°)极化损失l当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生3dB的极化损失，即只能接收到来波的一半能量；l当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。
5g大规模天线原理
5g大规模天线原理5G大规模天线原理近年来，随着移动通信技术的飞速发展，5G成为了业界的热门话题。
5G的引入将带来巨大的变革，其中一个关键技术就是大规模天线。
本文将介绍5G大规模天线的原理及其在通信领域的应用。
大规模天线是指具有大量天线元素的天线系统，它可以同时与多个用户进行通信。
相比传统的小规模天线系统，大规模天线系统拥有更高的发射功率和更广的覆盖范围，能够实现更快的数据传输速度和更低的时延。
大规模天线的原理主要基于波束赋形技术。
波束赋形是通过控制每个天线元素的相位和幅度，使得天线系统能够形成一个或多个指向特定方向的波束，从而实现对特定用户的信号聚焦。
这种聚焦效果可以增强信号的强度，提高信号质量，从而提升通信的速率和可靠性。
在大规模天线系统中，天线元素的数量通常达到几十甚至上百个，这些天线元素被布置在基站或终端设备的天线阵列中。
通过对每个天线元素的相位和幅度进行精确控制，可以实现对不同方向的波束赋形。
这样一来，基站可以同时与多个用户进行通信，每个用户都可以获得高质量的信号。
大规模天线的应用非常广泛。
首先，它可以显著提升移动通信的速率和容量。
通过使用大规模天线，移动网络可以同时为多个用户提供高速的数据传输，解决了传统小规模天线系统在高密度用户场景下容量不足的问题。
其次，大规模天线可以提高通信的可靠性和覆盖范围。
由于波束赋形技术的应用，大规模天线系统可以将信号聚焦在特定的区域，减少了信号传播过程中的衰减和干扰，提高了通信的可靠性。
此外，大规模天线还可以应用于物联网、智能交通等领域，为各种应用场景提供更稳定、高效的通信服务。
5G大规模天线是一项重要的技术创新，它将为移动通信带来巨大的变革。
通过波束赋形技术，大规模天线系统能够实现对特定方向的波束聚焦，提高信号质量和通信速率。
大规模天线的应用范围广泛，可以提升移动通信的速率、容量、可靠性和覆盖范围，为各种应用场景提供更好的通信服务。
随着5G的普及，大规模天线将成为移动通信网络的重要组成部分，推动数字化社会的发展。
天线基本原理
天线基本原理
天线基本原理是指利用特定的结构和材料，将电能转换为电磁波能量或者将电磁波能量转换为电能的装置。
天线主要由导体构成，其长度和形状与所接收或发射的电磁波的频率密切相关。
天线的基本原理可以用以下几个方面来描述：
1. 辐射原理：在接收模式下，天线通过感应来接收电磁波，并将其转换为电信号；而在发射模式下，电信号通过天线转换为电磁波并辐射出去。
2. 感应原理：天线通过电磁感应的原理来接收电磁波。
当电磁波通过天线时，产生在导体上的电势差和电流，从而实现将电磁波转化为电信号。
3. 辐射模式：天线的辐射模式取决于其结构和形状。
不同结构和形状的天线在空间中会形成不同的辐射图案，这决定了其方向性、增益和频率响应等特性。
4. 驻波原理：天线长度与电磁波的波长密切相关。
当天线长度与频率匹配时，电磁波将会在天线内部产生驻波，从而实现能量的传输。
5. 阻抗匹配：在天线系统中，为了最大化能量传输效率，需要实现发射源和天线之间的阻抗匹配。
阻抗不匹配会导致能量反射和损失。
通过对天线的基本原理的了解，人们可以设计和优化天线以满足特定的通信需求。
天线在无线通信、卫星通信、雷达系统等领域中发挥着重要的作用。
天线基本原理及常用天线介绍
25
电压驻波比（VSWR）对网络的影响：
VSWR 反射功率比 辐射功率减少 减少百分比
3.0
25%
2.15dB
40%
2.0
11%
0.86dB
18%
1.8
8%
0.67dB
14%
1.5
4%
0.36dB
8.0%
1.4
2.8%
0.21dB
4.7%
1.3
1.7%
0.13dB
2.9%
1.2
0.8%
0.07dB
三个及三个以上工作频段（不同制式）的宽频
天线。正如前边所介绍的：
806~869 824～896 870～960
806～960MHz 一副天线
1710～1880 1850～1990 1920～2170
1710~2170MHz 一副天线
31
806~960MHz的超宽频天线
现在的一副天线相当于原来的三副天线， 并且具备电调功能，既提高了产品性能，又在很大程度上降低了天线的生产3成2 本
峰值
- 3dB点
Peak - 3dB
15° (eg)
Peak
10dB 波束宽度
- 10dB点
120° (eg)
峰值 - 10dB点 Peak - 10dB
32° (eg)
Peak
Peak - 3dB
俯仰面即垂直面方向图
Peak - 10dB 16
方向图旁瓣显示
上旁瓣抑制 下旁瓣抑制
17
8、方向图在移动组网中的应用
1.1%
26
多径传播与反射
27
用分集接收改善信号电平
28
二、几种常用天线的介绍
5g基站天线设计的原理
5g基站天线设计的原理
5G基站天线设计的原理主要包括以下几个方面：
1. 天线阵列设计：5G基站通常采用天线阵列来实现波束赋形
技术，通过将多个单天线组合在一起形成阵列，可以实现更加精确的信号传输和接收。
天线阵列可以采用线性阵列、面阵列或者体阵列的形式。
2. 波束赋形技术：波束赋形是5G通信中的关键技术之一，通
过调整天线阵列中各个天线的相位和幅度，使得发射信号集中在特定方向形成指向性波束，从而实现更高的传输速率和更远的通信距离。
3. 天线极化设计：根据信号传输特点和环境需求，天线的极化方式可以选择垂直极化、水平极化或者圆极化。
不同的极化方式对信号的传输和接收性能有不同的影响，在设计中需要考虑到实际应用环境和信号传输要求。
4. 多输入多输出（MIMO）技术：5G基站通常采用MIMO技
术来提高信号传输和接收的效果。
MIMO技术利用多个天线
进行信号传输和接收，通过改变不同天线之间的相位和幅度，可以实现空间上的多样性，提高信号的可靠性和容量。
5. 特殊天线设计：为了应对不同的通信需求和环境条件，还可以采用一些特殊的天线设计。
例如，室内基站可以采用小型化的天线设计，以适应有限的空间；车载基站可以采用车辆天线，以实现在移动状态下的稳定通信等。
综上所述，5G基站天线设计的原理主要包括天线阵列设计、波束赋形技术、天线极化设计、MIMO技术以及特殊天线设计等。
这些原理的应用可以提高5G通信的速率、距离和稳定性，以满足不同应用场景的需求。
面向5G的大规模MIMO天线的波束规划及天线选型探讨
面向5G 的大规模MIMO 天线的波束规划及天线选型探讨吕智煊（中国移动通信集团设计院有限公司广东分公司，广州 510623）摘 要 大规模MIMO天线技术作为5G技术的关键，在解决超高容量和多用户连接的问题上极具优势。
天线的实际增益效果与多波束的管理和天线的选型紧密相关。
基于此，本文首先阐述了大规模MIMO天线的波束形成技术，提出了不同场景下的多套波束规划方案，并进一步地对不同覆盖场景给出天线选型建议，为5G的网络设计与建设提供切实可行的参考依据。
关键词 5G；MIMO；波束形成；波束规划；覆盖场景中图分类号 TN929.5 文献标识码 A 文章编号 1008-5599（2020）09-0087-06收稿日期：2020-04-27大规模MIMO 技术在解决高容量和多连接问题上极具优势。
5G 无线网络融合了多天线系统和大规模多输入多输出（Massive MIMO）技术，利用多天线信道的高空间自由度，实现无线系统容量和频谱效率的提升。
大规模的天线阵列、动态的多波束赋形和复杂多样的场景应用，使得多天线系统的波束管理和多场景覆盖下的天线选型成为推动5G 通信技术发展的关键。
基于以上背景分析，本文展开了大规模MIMO 天线的波束规划及天线选型探讨。
1 大规模MIMO 天线的波束形成技术在大规模MIMO 天线中运用波束形成技术，可对天线赋形出不同指向不同增益的窄波束，按需在水平和垂直方向上精准覆盖，具备三维立体的覆盖能力。
大规模MIMO 天线的波束按其工作模式可分为广播波束和业务波束，二者的波束形成方式有所不一，本节将对波束形成原理、广播和业务波束的波束形成技术逐一讨论。
1.1 二维面阵的波束形成原理大规模MIMO 作为5G 主要特性之一，通过波束形成技术形成按需指向的波束。
波束形成技术是基于天线阵列的信号预处理技术，通过调整阵列各单元信号的权值（幅度和相位值）以此产生期望指向的波束，从而实现该指向上的最大阵列增益。
天线的工作原理
天线的工作原理
天线是一种用来接收或发送电磁波的装置，它的工作原理基于电磁场的相互作用。
当电磁波通过天线时，它会引起天线中的自由电荷的振荡，而这些自由电荷的振荡会产生电压和电流。
天线的基本原理可以通过霍尔效应来理解。
霍尔效应是指当导体在磁场中运动时，导体中的自由电荷会受到洛伦兹力的作用，这会导致电荷在导体中的重新分布，进而产生电压。
同样，当电磁波通过天线引起导体中的自由电荷的振荡时，也会产生电压。
天线的工作原理还与天线的结构有关。
常见的天线结构包括直线天线、环形天线、螺旋天线等。
这些不同结构的天线在接收或发送电磁波时，会有不同的电场和磁场分布。
在接收电磁波时，天线会将电磁波中的能量转换成电信号。
当电磁波通过天线时，它会引起天线中的自由电荷的振荡，进而产生电压。
这个电压会经过放大和处理，最终被转换成可被接收设备识别的信号。
在发送电磁波时，天线会将电信号转换成电磁波。
电信号经过放大和处理后，会加在天线上。
这会导致天线中的自由电荷振荡，进而产生电磁场。
这个电磁场会以电磁波的形式传播出去。
需要注意的是，天线的工作原理与电磁波的频率有关。
天线的长度或结构需要与电磁波的波长相匹配，才能实现有效的能量
转换。
因此，不同波长的电磁波需要使用不同类型或长度的天线。
天线工作原理与主要参数
天线工作原理与主要参数一、天线工作原理与主要参数<BR>天线是任何一个无线电通信系统都不可缺少的重要组成部分。
合理慎重地选用天线，可以取得较远的通信距离和良好的通信效果。
(一)天线的作用<BR>各类无线电设备所要执行的任务虽然不同，但天线在设备中的作用却是基本相同的。
任何无线电设备都是通过无线电波来传递信息，因此就必须有能辐射或接收电磁波的装置。
所以，天线的第一个作用就是辐射和接收电磁波。
当然能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。
例如任何高频电路，只要不是完全屏蔽起来的，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或者从周围空间或多或少地接收到电磁波。
但是，任意一个高频电路并不一定能作天线，因为它辐射和接收电磁波的效率很低。
只有能够有效地辐射和接收电磁波的设备才有可能作为天线使用。
天线的另一个作用是”能量转换”。
大家知道，发信机通过馈线送入天线的并不是无线电波，收信天线也不能直接把无线电波送入收信机，这里有一个能量的转换过程，即把发信机所产生的高频振荡电流经馈线送入天线输入端，天线要把高频电流转换为空间高频电磁波，以波的形式向周围空间辐射。
反之在接收时，也是通过收信天线把截获的高频电磁波的能量转换成高频电流的能量后，再送给收信机。
显然这里有一个转换效率问题。
天线增益越高，则转换效率就越高。
(二)天线的分类<BR>天线的形式繁多，按其用途可以分为发信天线和收信天线；按使用波段可以分为长、中、短、超短波天线和微波天线、微带天线等。
此外，我们还可按其工作原理和结构来进行分类。
<BR>为便于分析和研究天线的性能，一般把天线按其结构形式分为两大类：一类是半径远小于波长的金属导线构成的线状天线，另一类是用尺寸大于波长的金属或介质面构成的面状天线。
线状天线主要用于长、中、短波频段，面状天线主要用于厘米或毫米波频段；甚高频段一般以线状天线为主，而特高频段则线、面状天线兼用。
天线基本原理和选型原则
增益
理想点源（无耗均匀辐射） 半波振子
2.15dB
eg: 0dBd = 2.15dBi
常用单位：dBd 和 dBi
• dBi：表示天线在最大辐射方向场强
相对于全向辐射器的参考值。
• dBd: 表示天线在最大辐射方向场强
相对于半波振子的参考值
两者有一个固定的差值：
dBi=dBd+2.15
30
天线增益实例
• 天线的工作频段必须与所设计系统的频段相对应， 从降低带外干扰信号的角度考虑，所选天线的带 宽刚好满足频带要求即可。
示例：CDMA 800MHz 系统天线的工作带宽
Optimum 1/2 wavelength for dipole at 860MHz
at at 824 896 MHz MHz
Antenn a Dipole
• 本课程用于指导选用合适天线；也可用 在网络优化阶段，作为优化的一种手段， 判断是否需要更换天线。
5
课程内容
• 简介 • 基站天馈结构 • 天线电性能参数介绍及选型 • 天线机械参数介绍及选型 • 室内分布系统的天线选型 • 美化天线介绍
6
基站天馈结构
1 天线调节支架
抱杆（50~114mm）
3 接头密封件 绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带
9
天线电性能参数
Blah blah blah blah
半波振子 工作频段 输入阻抗 电压驻波比
极化方式 增益 方向图 波束宽度
下倾角
三阶互调
前后比
天线口隔离度
波瓣抑制和零点填充
10
天线原理
• 导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线 的长短和形状有关. 当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的 电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著 辐射的直导线称为振子。
天线工作原理与主要参数
天线工作原理与主要参数一、天线工作原理与主要参数<BR>天线是任何一个无线电通信系统都不可缺少的重要组成部分。
合理慎重地选用天线，可以取得较远的通信距离和良好的通信效果。
(一)天线的作用<BR>各类无线电设备所要执行的任务虽然不同，但天线在设备中的作用却是基本相同的。
任何无线电设备都是通过无线电波来传递信息，因此就必须有能辐射或接收电磁波的装置。
所以，天线的第一个作用就是辐射和接收电磁波。
当然能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。
例如任何高频电路，只要不是完全屏蔽起来的，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或者从周围空间或多或少地接收到电磁波。
但是，任意一个高频电路并不一定能作天线，因为它辐射和接收电磁波的效率很低。
只有能够有效地辐射和接收电磁波的设备才有可能作为天线使用。
天线的另一个作用是”能量转换”。
大家知道，发信机通过馈线送入天线的并不是无线电波，收信天线也不能直接把无线电波送入收信机，这里有一个能量的转换过程，即把发信机所产生的高频振荡电流经馈线送入天线输入端，天线要把高频电流转换为空间高频电磁波，以波的形式向周围空间辐射。
反之在接收时，也是通过收信天线把截获的高频电磁波的能量转换成高频电流的能量后，再送给收信机。
显然这里有一个转换效率问题。
天线增益越高，则转换效率就越高。
(二)天线的分类<BR>天线的形式繁多，按其用途可以分为发信天线和收信天线；按使用波段可以分为长、中、短、超短波天线和微波天线、微带天线等。
此外，我们还可按其工作原理和结构来进行分类。
<BR>为便于分析和研究天线的性能，一般把天线按其结构形式分为两大类：一类是半径远小于波长的金属导线构成的线状天线，另一类是用尺寸大于波长的金属或介质面构成的面状天线。
线状天线主要用于长、中、短波频段，面状天线主要用于厘米或毫米波频段；甚高频段一般以线状天线为主，而特高频段则线、面状天线兼用。
天线原理及选型
旁瓣抑制
上旁瓣抑制
下旁瓣抑制
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
机械下倾与电下倾
机械下 倾
电下倾
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
天线的主要电气指标
天线驻波比
f1
f2
f3
f4
f2-f1 f3-f2 f4-f3 f3-f1 f4-f2 f4-f1 三阶互调判定方法
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
天
F天线的工作原理 F自由空间中的电磁波 F天线的分类 F天线的主要电气指标 F天线的主要机械指标 F天线的选型原则
线
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
天线的分类（一）
F按照辐射方向划分
图：定向方向
图：全向天线
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
天线的分类（二）
F按照外型划分
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
天线的增益
2.15dB
dBi与dBd
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
天线方向图 对称半波振子方向图
顶视 侧视
全向天线方向图
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
天线的选型原则-公路
F全向天线 1、建议采用高增益“8”字型天线 2、对于高速公路一侧有小村镇o用户不多时o~以采用 210 -220°变形全向天线（心形天线） F定向天线 建议k用lmn定向天线o30度pqrst度o6.5 度uvrst度o 21dBiwx o0度电z{+|}~调z{• 用功分器实现扇区的空间分裂•
电波与天线(12)§5- 5引向天线
5、引向天线的接收原理
只要有源振子、反射 器、引向器长度和相 互之间的距离满足设 计要求，可用相量图5 计要求，可用相量图55-4来说明其接收原理
三、引向天线的尺寸选择
对于引向天线，目前已形成了模式化和系 列化。一般只需要根据所接收频道和当地 场强的大小，确定相应增益G 场强的大小，确定相应增益G的天线，就能 达到有效接收效果。增益G与振子个数N 达到有效接收效果。增益G与振子个数N、 振子间距d 振子间距d、振子长度的关系密切相关
§5- 5引向天线
一、引向天线的结构特点 二、引向天线的工作原理 三、引向天线的尺寸选择
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、引向天线的结构特点
引向天线也叫八木天 也叫波道天线， 线，也叫波道天线， 是超短波段使用的主 要接收天线。 要接收天线。引向天 线的基本结构如图5 线的基本结构如图5-51所示。 所示。
二、引向天线的工作原理
1、振子个数N对G的影响 振子个数N
2、振子个数N对波瓣宽度的影响 振子个数N
振子长度对引向天线性能的影响
4、振子长度对引向天线性能的影响
5、引向天线的架设高度
1、引向天线的工作原理
引向天线的工作原理实际上也是电磁场的 叠加原理。 2、反射器的工作原理 3、引向器的工作原理
下面仍借助相量图图5 下面仍借助相量图图5-5-2来对其工作原理作 以论证
4、引向天线辐射场的方向性
由27单元引向天线的E、H面方向图可见： 27单元引向天线的E 1、E面上的主瓣比H面上的主瓣更尖锐，说 面上的主瓣比H 明其方向性好与H 明其方向性好与H面； 2、实际使用的引向天线各振子的长度、振子 之间的距离和理论计算有差别。说明在超短波段， 由于频率较高，振子之间的耦合作用比人们想象 的还要复杂。这就是在高频段，不可预见的分布 参数的作用结果。因此说在超短波及以上波段， 理论计算仅是一个参考数据，按理论数据制作的 设备，在具体应用时，还要进行认真、细致的调 试，才能投入工程应用。
电动力学5-5(天线辐射)
1
以上两节研究了小区域内高频 ) 2
最常用的天线是半波 天线，这种天线的长 度约为半波长。
辐射功率数量级
要得到较大的辐射功率， 必须使天线长度至少达到 与波长同数量级。
本节计算半波天线的辐射
2
1．天线上的电流分布 当天线长度与波长同数量级时，不能用逐级 展开式，而必须直接用非展开公式计算。
0cI 0eikR cos( 2 cos ) Ε ( x ) i e c eR 2 R sin
12
辐射能流密度为
2 2 cos ( 2 cos ) cI 1 0 0 0 S Re( ) 2 2 eR 2 2 8 R sin
辐射角分布由因子
4 4
coskz cos(kz cos )dz
2 cos( cos ) 2 k si n2
11
将积分结果代入得
0 I 0 ikR cos( 2 cos ) ( x ) ez 2 2kR si n
由此计算出辐射区的电磁场
0 I 0 ikR cos( 2 cos ) Β( x ) i e 2R si n
当x点在天线表面上时，A(x)是一维波 动方程的解。把公式用到x点在天线表面上 的情况。如图，x点是天线表面一点，x’点 是表面上另一点，两点距离为r。函数A(z) 的形式已知，而J(x’)是未知函数。
此式可以看作未知函数J(z’)的积分方程, 我们要 求这个积分方程满足端点条件J=0的解。则关于天线 的边值问题就化为解积分方程的问题。原则上这个方 程是可以解出J(x’)。
l Rr 197 ~ 19
2
16
3. 天线阵
天线设计原理
天线设计原理
天线设计原理是无线通信系统中非常重要的组成部分。
它的主要目的是将电磁能量转换为无线电波，并且能够高效地辐射出去或接收来自外部的无线电波。
天线的设计原理基于电磁学理论，其中最基本的原理是安培环路定理和法拉第电磁感应定律。
安培环路定理指出，通过闭合导线的总电流等于穿过该闭合导线的磁场总通量的变化率。
而法拉第电磁感应定律则表明，当导体中的磁通量发生变化时，会在导体两端产生感应电动势。
根据这些原理，天线的设计首先要选择合适的材料和结构，以实现高效的无线信号辐射或接收。
常见的天线材料包括金属和介质，其选择取决于天线的工作频率和应用环境。
例如，金属天线适用于高频段的工作，而介质天线适用于低频段的工作。
天线的结构也多种多样，常见的有全向天线、定向天线和半定向天线等。
全向天线能够均匀地辐射信号到周围的各个方向，适用于无线通信中的广播和接收。
定向天线则可以将信号主要辐射到特定的方向，适用于点对点通信或者长距离通信。
半定向天线则介于全向天线和定向天线之间，既能实现宽带辐射，又能够在一定范围内集中辐射信号。
此外，天线的大小和形状也会对其性能产生影响。
较大的天线能够实现更高的增益和辐射效率，但同时也会增加系统的复杂性和成本。
因此，天线设计师需要在性能、成本和空间限制之间进行权衡。
总之，天线设计原理是基于电磁学理论的，通过选择合适的材料、结构和形状，实现高效的无线信号辐射或接收。
这些原理为天线优化设计提供了理论基础，确保了无线通信系统的可靠性和性能。
天线的原理及应用
天线的原理及应用1. 什么是天线天线是指用于捕获、发射和调制无线电波的设备。
它是无线通信系统的重要组成部分，将无线电信号转换为电磁波，或者将电磁波转换为无线电信号。
天线通过改变电流和电压的分布方式，将信号从一种形式转换为另一种形式。
2. 天线的原理天线的工作原理基于电磁感应和辐射原理。
当电流通过天线时，会产生一个电磁场。
根据安培定律，电流会产生一个磁场。
这个磁场与电流的方向和大小有关。
当电磁场发生变化时，会在周围空间中产生一个电场。
这个电场会随着电磁波的传播而辐射出去。
3. 天线的类型天线有多种不同的类型，适用于不同的应用场景。
以下是一些常见的天线类型：•偶极子天线：由两个相等长度的导体组成，适用于广播和通信系统。
•螺旋天线：具有螺旋形状的导线，适用于卫星通信和雷达系统。
•射频天线：用于无线电频段的信号传输和接收。
•微带天线：由微型电路上的导线构成，适用于微波通信系统。
•扬声器天线：用于音频信号的传输和接收。
•GPS天线：用于全球定位系统中的卫星导航。
4. 天线的应用天线在许多领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：4.1 通信领域天线在通信领域是必不可少的。
无线通信系统包括移动通信、卫星通信、无线局域网等，它们都需要天线来进行信号的发送和接收。
天线帮助设备与设备之间进行无线信号的传输，实现远距离的通信。
4.2 广播领域广播领域也是天线的重要应用之一。
广播电台、电视台以及其他无线电服务都需要天线来进行信号的发射和接收。
天线帮助广播信号覆盖更大的范围，并保证信号的质量和稳定性。
4.3 科学研究领域天线在科学研究领域也有广泛的用途。
例如，天线用于无线电望远镜，帮助科学家观测天体并研究宇宙现象。
天线还可以用于雷达系统，用于测量距离、速度和方向等参数。
4.4 航空航天领域在航空航天领域，天线用于飞机、卫星和导弹等设备上。
它们用于与地面站点和其他航空器进行通信，以及进行导航和定位。
5. 天线的发展趋势随着科技的不断进步，天线技术也在不断发展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
天线原理及选型
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
课程内容
天线原理
天线选型
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
无线电波和超短波的基本知识
电磁波的传播
振 子 电场
磁场 电场
磁场 电场
电波传输方向
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
利用反射板可把辐射能控制聚焦到一个方向 反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线
天线 (顶视)
“全向阵” 例如在接收机中为4mW功率
“扇形覆盖天线 ” 将在接收机中有8mW功率
在我们的“扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益 这里, “扇形覆盖天线” 与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW) = 9dBd
V/H (垂直/水平)
倾斜 (+/- 45°)
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
天线波束下倾
作用 ：控制覆盖、减小干扰 两种方法：机械下倾、电调下倾
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
下倾对覆盖的影响
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
波 束 下 倾
下倾技术的主要目的是倾斜主波束以降低朝邻覆盖区域的辐射电平。在这种
输入阻抗的虚部很小且实部相当接近 50 欧，从而使得天线的输入阻抗为Zin = Rin = 50 欧--这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
驻 波 比
驻波比（VSWR）：Voltage Standing Wave Ratio
当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反 射波。而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负 载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的 一部分能量反射回来形成反射波。VSWR越大，反射越大，匹配越差。
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
dB
dBm
dBi
dBuv
dB：仅仅是个相对值，dB＝10log（P1/P2），比如A基站的发射功率是
600mw，B基站是300mw，那么A基站比B基站发射功率高10lg（600/300） ＝3 dB，从公式中可以看出dB是表征两个功率的相对值，是没有单位的。dB 是一个无单位的量纲。
旁瓣抑制与零点填充
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
课程内容
天线原理 天线选型
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
天线选型
选择天线时，涉及的参数很多，其中：
辐射方向图、增益、水平波瓣宽度、垂直波瓣宽度、下倾方式等参数，需 要根据覆盖区内的地形、地物、基站高度、覆盖半径来选取；
dBm：是一个考证功率绝对值的值，公式为dBm=10lg(功率/1mW)，如我们常
用的基站是500mw，换算成dBm就是10lg(500mW/1mW)＝27dBm（意思是 27dB毫瓦）。还有一个单位dBW是将公式中的1mW改成1W，其他都一样。 1W=30dbm;1mw=0dbm，1W＝0dbW
情况下，虽然在区域边缘载波电平降低了，但是干扰电平比载波电平降低更 多。
无下倾
电下倾
机械下倾
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
电调下倾原理示意
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
电下倾情况下的波束覆盖
无下倾
电下倾
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
机械下倾情况下的波束覆盖
无下倾
机械下倾
VSWR=(1+)/(1- )＝1.57 一般要求天线的驻波比小于1.5，驻波比是越小越好，但工程上没有必要追求
过小的驻波比。
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
旁瓣
上副瓣 (dB)
下副瓣 (dB)
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
旁瓣抑制与零点填充
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
其它参数的选择相对简单，根据所设计系统的情况确定。
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
基站天馈系统
1 天线调节支架 抱杆（50~114mm）
3 接头密封件 绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带
GSM/CDMA 板状天线 4 接地装置 主馈线（7/8“）
9 室内超柔馈线 2 室外馈线
6 走线架
5 馈线卡 7 馈线过线窗
在 850MHz 1/2 波长振子 最佳
在 820 MHz
在 890 MHz
天线振子
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
天线极化
天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向。基站天线通常使用线
极化。以大地为基准面，电场矢量垂直于地面为垂直极化（VP），平行 于地面为水平极化（HP）。
垂直极化
2.15dB 对称振子的增益为2.15dB
一个天线与对称振子相比较 的增益用“dBd”表示 一个天线与各向同性辐射器 相比较的增益用“dBi”表示 例如: 3dBd = 5.15dBi
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
天线的方向性
天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
半波振子
两臂长度相等的振子叫做对称振子，也叫半波振子。
波长 1/4 波长 1/2 波长
1/4 波长
1/2 波长 振子
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
全向天线
水平方向
垂直方向
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
板状天线
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
无线电波和超短波的基本知识
无线电波的极化
无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象 称为无线电波的极化。
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
天 线 原 理
什么是天线？
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 bl ah
倾天线中，红色较宽的垂直波瓣产生的覆盖死区范围长度为OX"，小于兰 色较窄的垂直波瓣死区范围长度为OX。
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
天线的工作频段范围
无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围内工作的。 从降低带外干扰信号的角度考虑，所选天线的带宽刚好满足频带要求即可。
- 3dB点
60° (eg)
峰值
峰值
- 3dB点 Peak - 3dB 15° (eg) Peak 32° (eg)
- 10dB点 Peak - 10dB Peak
Peak - 3dB
Peak - 10dB
垂直面方向图
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
水平波瓣3dB宽度
定向天线
全向天线
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
dBuV: 20lg(电压/1uV)， 功率＝电压的平方/50欧姆（如果端口阻抗是50欧姆
，一般系统都是）
所以：dBuv = dBm + 107 dB
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
dBd和dBi的区别
一个单一对称振子dipole具 有面包圈形的方向图辐射
一个各向同性isotropic的 辐射器在所有方向具有相同 的辐射
前向: 10W
50 ohms 反向: 0.5W 80 ohms 9.5 W
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
驻 波 比
天线驻波比是表示天馈线与基站匹配程度的指标。它的产生是由于入射波能
量传输到天线输入端后未被全部辐射出去，产生反射波，迭加而成的。假设 基站发射功率是10W，反射回0.5W，由此可算出回波损耗：RL＝ 10lg(10/0.5)=13dB，计算反射系数：RL=-20lg, ＝0.2238
垂直波瓣3dB宽度
定向天线
全向天线
基站天线的垂直波瓣3dB宽度多在10左右。一般来说，在采用同类的天线设 计技术条件下，增益相同的天线中，水平波瓣越宽，垂直波瓣3dB越窄。
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
全向天线增益与垂直波瓣宽度
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
垂直波瓣的影响
较窄的垂直波瓣3dB宽度将会产生较多的覆盖死区，同样挂高的二副无下
无线电波和超短波的基本知识
无线电波的波长、频率和传播速度的关系：
可用式 λ＝Ｖ/ｆ 表示。在公式中，Ｖ为速度，单位为米/秒；ｆ 为频率，单位 为赫芝；λ为波长，单位为米。由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波 在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。
波长
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
下倾比较
10°电下倾
6° 电下倾 + 4° 机械下倾
10°机械下倾
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
前后比
方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。
后向功率
前向功率
室外基站天线前后比一般应大于25dB较好
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
天线的输入阻抗
0dBd=2.15 dBi
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
天线增益
板状天线的高增益是通过多个基本振子排列成天线阵而合成。
例：1个 对称振子
接收功率：1mW
4个对称振子组阵
接收功率：4 mW
GAIN= 10log(4mW/1mW) = 6dBd
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部
扇型天线
西安汇诚电信有限责任公司无线网络优化部