天线基本原理及常用天线介绍
合集下载
相关主题
- 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)。
反射系数Γ ＝─────
入射波幅度 反射波幅度 （ＺL－Ｚ。）
＝───────
（ＺL＋Ｚ。）
驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压 驻波比(VSWR)
驻波系数Ｓ＝──────────────＝────
驻波波节电压辐度最小值Ｖmin （1-Γ ）
驻波波腹电压幅度最大值Ｖmax
（1+Γ ）
ε r为导体间绝缘介质的相对介电常数。
由上式不难看出，馈线特性阻抗与导体直径、导体间距和导 体间介质的介电常数有关，与馈线长短、工作频率以及馈线终端 所接负载阻抗大小无关。
反射系数、驻波系数与回波损耗
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。馈线上传输的是行波，馈线上各处的 电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。 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。
反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响， 故
27000 G ( dBi ) 10 log 2 0.5 E 2 0.5 H
11、驻波比
传输线的特性阻抗
无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，用
源自文库
符号Ｚ。表示。同轴电缆的特性阻抗
Ｚ。＝〔138/√ε r〕×log(D/d)欧姆。 通常Ｚ。=50欧姆/或75欧姆 式中，D为同轴电缆外导体内径； d为其芯线外径；
2、特型天线 赋形天线 HTDBFS096515 预制下倾天线HTDBS08／096515、18（3、6、9） 公路双向天线 HTSX08、09、70、14 公路兼镇天线 HTD08、09、210、13 窄波束高增益天线 HTDBS08／093021 连续电可调倾角天线 HTDTBS096515／17／18 双频双极化电调天线HTDTBS08／09／18 65／65 15／17／ 18 电调双天线：HTDTBSS1721／1721 65／65 18／18 电调双波束天线：HTDTBSS1721／172130／30 20／20 电调多频天线：HTDTBSSS0809／1718／192165／65／65／ 17／17／17
40%
18% 14% 8.0% 4.7%
1.3
1.2
1.7%
0.8%
0.13dB
0.07dB
2.9%
1.1%
多径传播与反射
用分集接收改善信号电平
二、几种常用天线的介绍
由于地理环境差异很大，因此，需要各种类型的天线，如何 选择天线，是网络规划设计的一项重要工作。 基站天线的分类 1、常规天线 1）、HTQ-08／09-11（0、3、5、7） 2）、HTDB08／096518（0、3、6、9） 3）、HTDBS 08／09 65／90 15/17/18dB（0、3、6、9） 4）、HTDBSS 08／09／18 65／65 15／17／18（0、3、6、9） 5）、HTDTBS08／09／18 65 15／17／18
更加集中的信号
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/4mW) = 3dB
朝前: 10W 50 ohms 返回: 0.5W 80 ohms 9.5 W
这里的反射损耗为 10log(10/0.5) = 13dB
VSWR 是反射损耗的另一种计量
在不匹配的情况下 , 馈线上同时存在入射波和反射波。两者叠 加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹； 而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为最小，形成波节。 其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。这种合成波称为驻波。 反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。
内容提要
一、天线的基本原理
二、常用天线介绍 三、特型天线介绍
一、天线的基本原理
1、什么是天线?
• 把从传输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
2、天线的作用
将传输线中的高频电磁能 转成为
自由空间的电磁波，或反之将自由空
2、多频天线
多频天线主要是指在一个天线频段内包含 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 1710～1880 1850～1990 1920～2170
806～960MHz 一副天线
1710~2170MHz 一副天线
806~960MHz的超宽频天线
与国际接轨的 天性辐射特性
5、方向图
一个单一的对称振子具有“面包圈” 形的方向图
顶视
侧视
在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求 把“面包圈” 压成扁平的
对称振子组阵能够控制辐射，能构成“扁平的面包圈”
一个对称台振子
假设在接收机中有1mW功率
在阵中有4个对称振子
在接收机中就有4 mW功率
在这儿增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd
例：在单射线模条件下，路损变化对覆盖距离的 关系，可算出：
增益（dB） 1 2 3 4 覆盖距离（d1/d2） 1.12 1.26 1.41 1.58
5
6
1.78
2
全向天线增益与垂直波瓣宽度
10、 天线增益与方向图的关系 一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增 益越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可 用下式近似表示
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。
3、天线的工作频率范围(带宽)
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。
目的是有一个尽可能小的反向功率
7、波束宽度
在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣 ，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图 的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越 好，抗干扰能力越强。
3dB 波束宽度 - 3dB点 峰值 - 3dB点 120° (eg)
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成本
3G（1710～2170MHz）频段的超宽频天线
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成本
超宽频、多频天线
现在一副天线相当于原来的9副天线，并且具备电调功能。
有几种不同的定义：
一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度； 一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。 在移动通信系统中是按后一种定义的，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。
当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降 在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。
实测三维方向图
z
观察点
θ
后
O φ
r
前
y
x
6、前后比
方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线 定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为１，所以对来 自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。
后向功率 以dB表示的前后比 = 10 log
(前向功率) (反向功率)
前向功率
典型值为 25dB 左右
终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数 越接近于１，匹配也就越好。
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
2.0 1.8 1.5 1.4
25%
11% 8% 4% 2.8%
2.15dB
0.86dB 0.67dB 0.36dB 0.21dB
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。
天线的主要技术指标
驻波比 天线匹配指标 隔离度 增益 天线辐射特性指标 主瓣波束宽度 第一副瓣抑制 前后比 轴向 交叉极化比 ±30 3dB 波束效率 10dB 3dB 杂散因子 10dB ≤1.4 ≥30dB 15dBi,17dBi,18dBi 65度,90度 -18dB/-22dB ≥30dB 20 15 >70% >96.5% <30% <3.5%
在 850MHz 1/2 波长振子 最佳
在 820 MHz
在 890 MHz 天线振子
在 820 MHz 1/2 波长 为~ 180mm, 在890 MHz 为~ 170mm 175mm对~ 850MHz 将是最佳的 该天线的频带宽度 = 890 - 820 = 70MHz
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。无线电波的电场方向称为电 波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为 垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极 化波。
4、天线的极化
天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向
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
两个天线为一个整体 传输两个独立的波
V/H (垂直/水平)
倾斜 (+/- 45°)
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
方位即水平面方向图
10dB 波束宽度 - 10dB点 峰值 - 10dB点
60° (eg)
Peak - 3dB
15° (eg) Peak Peak - 3dB 32° (eg)
Peak - 10dB
Peak Peak - 10dB
俯仰面即垂直面方向图
方向图旁瓣显示
上旁瓣抑制
下旁瓣抑制
8、方向图在移动组网中的应用
(1)水平方向图的波束宽度与覆盖区域面积有关
（2）垂直方向图的波束宽度决定区域内功率的分布
七.天线的增益
9、增益的定义
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、 副瓣越小，增益越高。
入射波幅度 反射波幅度 （ＺL－Ｚ。）
＝───────
（ＺL＋Ｚ。）
驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压 驻波比(VSWR)
驻波系数Ｓ＝──────────────＝────
驻波波节电压辐度最小值Ｖmin （1-Γ ）
驻波波腹电压幅度最大值Ｖmax
（1+Γ ）
ε r为导体间绝缘介质的相对介电常数。
由上式不难看出，馈线特性阻抗与导体直径、导体间距和导 体间介质的介电常数有关，与馈线长短、工作频率以及馈线终端 所接负载阻抗大小无关。
反射系数、驻波系数与回波损耗
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。馈线上传输的是行波，馈线上各处的 电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。 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。
反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响， 故
27000 G ( dBi ) 10 log 2 0.5 E 2 0.5 H
11、驻波比
传输线的特性阻抗
无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，用
源自文库
符号Ｚ。表示。同轴电缆的特性阻抗
Ｚ。＝〔138/√ε r〕×log(D/d)欧姆。 通常Ｚ。=50欧姆/或75欧姆 式中，D为同轴电缆外导体内径； d为其芯线外径；
2、特型天线 赋形天线 HTDBFS096515 预制下倾天线HTDBS08／096515、18（3、6、9） 公路双向天线 HTSX08、09、70、14 公路兼镇天线 HTD08、09、210、13 窄波束高增益天线 HTDBS08／093021 连续电可调倾角天线 HTDTBS096515／17／18 双频双极化电调天线HTDTBS08／09／18 65／65 15／17／ 18 电调双天线：HTDTBSS1721／1721 65／65 18／18 电调双波束天线：HTDTBSS1721／172130／30 20／20 电调多频天线：HTDTBSSS0809／1718／192165／65／65／ 17／17／17
40%
18% 14% 8.0% 4.7%
1.3
1.2
1.7%
0.8%
0.13dB
0.07dB
2.9%
1.1%
多径传播与反射
用分集接收改善信号电平
二、几种常用天线的介绍
由于地理环境差异很大，因此，需要各种类型的天线，如何 选择天线，是网络规划设计的一项重要工作。 基站天线的分类 1、常规天线 1）、HTQ-08／09-11（0、3、5、7） 2）、HTDB08／096518（0、3、6、9） 3）、HTDBS 08／09 65／90 15/17/18dB（0、3、6、9） 4）、HTDBSS 08／09／18 65／65 15／17／18（0、3、6、9） 5）、HTDTBS08／09／18 65 15／17／18
更加集中的信号
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/4mW) = 3dB
朝前: 10W 50 ohms 返回: 0.5W 80 ohms 9.5 W
这里的反射损耗为 10log(10/0.5) = 13dB
VSWR 是反射损耗的另一种计量
在不匹配的情况下 , 馈线上同时存在入射波和反射波。两者叠 加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹； 而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为最小，形成波节。 其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。这种合成波称为驻波。 反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。
内容提要
一、天线的基本原理
二、常用天线介绍 三、特型天线介绍
一、天线的基本原理
1、什么是天线?
• 把从传输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
2、天线的作用
将传输线中的高频电磁能 转成为
自由空间的电磁波，或反之将自由空
2、多频天线
多频天线主要是指在一个天线频段内包含 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 1710～1880 1850～1990 1920～2170
806～960MHz 一副天线
1710~2170MHz 一副天线
806~960MHz的超宽频天线
与国际接轨的 天性辐射特性
5、方向图
一个单一的对称振子具有“面包圈” 形的方向图
顶视
侧视
在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求 把“面包圈” 压成扁平的
对称振子组阵能够控制辐射，能构成“扁平的面包圈”
一个对称台振子
假设在接收机中有1mW功率
在阵中有4个对称振子
在接收机中就有4 mW功率
在这儿增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd
例：在单射线模条件下，路损变化对覆盖距离的 关系，可算出：
增益（dB） 1 2 3 4 覆盖距离（d1/d2） 1.12 1.26 1.41 1.58
5
6
1.78
2
全向天线增益与垂直波瓣宽度
10、 天线增益与方向图的关系 一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增 益越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可 用下式近似表示
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。
3、天线的工作频率范围(带宽)
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。
目的是有一个尽可能小的反向功率
7、波束宽度
在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣 ，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图 的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越 好，抗干扰能力越强。
3dB 波束宽度 - 3dB点 峰值 - 3dB点 120° (eg)
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成本
3G（1710～2170MHz）频段的超宽频天线
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成本
超宽频、多频天线
现在一副天线相当于原来的9副天线，并且具备电调功能。
有几种不同的定义：
一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度； 一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。 在移动通信系统中是按后一种定义的，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。
当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降 在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。
实测三维方向图
z
观察点
θ
后
O φ
r
前
y
x
6、前后比
方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线 定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为１，所以对来 自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。
后向功率 以dB表示的前后比 = 10 log
(前向功率) (反向功率)
前向功率
典型值为 25dB 左右
终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数 越接近于１，匹配也就越好。
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
2.0 1.8 1.5 1.4
25%
11% 8% 4% 2.8%
2.15dB
0.86dB 0.67dB 0.36dB 0.21dB
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。
天线的主要技术指标
驻波比 天线匹配指标 隔离度 增益 天线辐射特性指标 主瓣波束宽度 第一副瓣抑制 前后比 轴向 交叉极化比 ±30 3dB 波束效率 10dB 3dB 杂散因子 10dB ≤1.4 ≥30dB 15dBi,17dBi,18dBi 65度,90度 -18dB/-22dB ≥30dB 20 15 >70% >96.5% <30% <3.5%
在 850MHz 1/2 波长振子 最佳
在 820 MHz
在 890 MHz 天线振子
在 820 MHz 1/2 波长 为~ 180mm, 在890 MHz 为~ 170mm 175mm对~ 850MHz 将是最佳的 该天线的频带宽度 = 890 - 820 = 70MHz
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。无线电波的电场方向称为电 波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为 垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极 化波。
4、天线的极化
天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向
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
两个天线为一个整体 传输两个独立的波
V/H (垂直/水平)
倾斜 (+/- 45°)
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
方位即水平面方向图
10dB 波束宽度 - 10dB点 峰值 - 10dB点
60° (eg)
Peak - 3dB
15° (eg) Peak Peak - 3dB 32° (eg)
Peak - 10dB
Peak Peak - 10dB
俯仰面即垂直面方向图
方向图旁瓣显示
上旁瓣抑制
下旁瓣抑制
8、方向图在移动组网中的应用
(1)水平方向图的波束宽度与覆盖区域面积有关
（2）垂直方向图的波束宽度决定区域内功率的分布
七.天线的增益
9、增益的定义
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、 副瓣越小，增益越高。