天线讲义
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天线基础知识课件
重新安装
修复完成后，重新安装天线， 确保安装牢固。
天线的升级与改造方案
升级方案
根据实际需求和技术发展，对天线进 行升级改造，提高天线的性能和功能 。
改造方案
根据实际场景和需求，对天线进行改 造，如改变天线结构、增加天线数量 等。
方案实施
制定详细的实施方案，包括改造计划 、时间安排、人员分工等，确保改造 顺利进行。
04
天线的应用领域
通信领域
移动通信
01
手机、无线电对讲机等移动通信设备使用天线接收和发送信号
。
卫星通信
02
卫星地面站使用天线与卫星进行通信。
无线局域网
03
路由器、电脑等设备通过天线连接无线网络。
雷达领域
天气预报雷达
用于监测天气状况，如风切变、降水等。
导航雷达
用于飞机、船舶等导航。
军事雷达
用于探测目标、制导武器等。
05
天线的设计与制作
天线的设计原则与方法
匹配原则
天线应与发射和接收设 备相匹配，以确保信号
的最佳传输。
效率原则
天线应具有高效率，以 减少信号的损失和干扰
。
抗干扰原则
天线应具有抗干扰能力 ，以减少外部信号的干
扰。
多功能性原则
天线应具有多功能性， 以满足不同的应用需求
。
天线的制作材料与工艺流程
01
电磁波在空间中以波的形 式传播，其传播速度等于 光速。
电磁波的特性
电磁波具有频率、波长、 振幅等特性，不同特性的 电磁波具有不同的传播方 式和性质。
天线辐射原理
天线的作用
天线是用来发射或接收电 磁波的设备，其作用是将 电信号转换为电磁波或将 电磁波转换为电信号。
修复完成后，重新安装天线， 确保安装牢固。
天线的升级与改造方案
升级方案
根据实际需求和技术发展，对天线进 行升级改造，提高天线的性能和功能 。
改造方案
根据实际场景和需求，对天线进行改 造，如改变天线结构、增加天线数量 等。
方案实施
制定详细的实施方案，包括改造计划 、时间安排、人员分工等，确保改造 顺利进行。
04
天线的应用领域
通信领域
移动通信
01
手机、无线电对讲机等移动通信设备使用天线接收和发送信号
。
卫星通信
02
卫星地面站使用天线与卫星进行通信。
无线局域网
03
路由器、电脑等设备通过天线连接无线网络。
雷达领域
天气预报雷达
用于监测天气状况，如风切变、降水等。
导航雷达
用于飞机、船舶等导航。
军事雷达
用于探测目标、制导武器等。
05
天线的设计与制作
天线的设计原则与方法
匹配原则
天线应与发射和接收设 备相匹配，以确保信号
的最佳传输。
效率原则
天线应具有高效率，以 减少信号的损失和干扰
。
抗干扰原则
天线应具有抗干扰能力 ，以减少外部信号的干
扰。
多功能性原则
天线应具有多功能性， 以满足不同的应用需求
。
天线的制作材料与工艺流程
01
电磁波在空间中以波的形 式传播，其传播速度等于 光速。
电磁波的特性
电磁波具有频率、波长、 振幅等特性，不同特性的 电磁波具有不同的传播方 式和性质。
天线辐射原理
天线的作用
天线是用来发射或接收电 磁波的设备，其作用是将 电信号转换为电磁波或将 电磁波转换为电信号。
天线知识讲座讲解
天线部分一、天线理论知识天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其质量的优良和是否合理使用对无线通信工程的成败起到重要作用。
所以我们必须全面了解天线。
1、天线的方位图：方位图是天线电气性能的最重要指标它直接全面的反映出天线的辐射特性。
定义：天线的辐射电磁场在一定距离上随空间角坐标分布的图形。
由于电磁场的矢量特征包含了幅度、相位、极化方向等信息，因此，对应有：幅度方向图、相位方向图。
而电磁场的幅度可用场强和功率密度表示，所以，幅度方向图又分为场强方向图和功率方向图。
除非特殊说明，在一般情况下，通常天线方向图指的是功率方向图，幅度以dB为单位。
根据定义，天线的方向图是三维立体图，但实际获得完整的三维方向图是非常困难的。
通常根据天线的结构特点，选择两个或多个特征面测得该平面内的二维方向图如：E面方向图：通过最大辐射方向并与电场矢量平行的平面；H面方向图：通过最大辐射方向并与磁场矢量平行的平面；水平面方向图（Horizontal）：是指与地面平行的平面内的方向图；垂直面方向图（Vertical）：是指与地面垂直的平面内的方向图。
当天线为垂直极化时，H面近似为水平面，E面近似为垂直面，如果天线为水平极化则情况正好相反。
E面图和H面图只是描述了天线的功率密度的分布情况，但不能定量的反映天线的主要特征。
为了更好的描述天线的方向图，常使用半功率波束宽度、副瓣电平、前后比、第一上副瓣抑制、第一下零点填充等都是描述方向图特征的指标。
2、波瓣：零功率点波瓣宽度：主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。
半功率点波瓣宽度：在E面或H面的等距线上，主瓣最大值两边场强等于最大场强的0.707倍（或一半功率密度）的两辐射方向之间的夹角。
副瓣电平：在E面或H面的等距线上，副瓣最大值与主瓣最大值之比，通常用dB表示。
后瓣：与主瓣相反方向上的副瓣。
前后比：等距线上，主瓣功率密度最大值和后瓣功率密度最大值之比(dB)在实际应用中由于天线的上副瓣信号不能起到覆盖的作用，且常常造成越区覆盖的问题，所以我们会想方设法抑制这个方向上信号的发射，而一般与主瓣方向夹角较小的第一上副瓣的功率密度最大，影响最坏，所以我们以对它的抑制为考察指标：第一上副瓣抑制（FirstUpper Side Lobe Suppression ）。
第1章 天线基础知识(课件)
螺旋天线、喇叭天线和反射面天线等。
第1章 天线基础知识
天线的分析方法:麦克斯韦电磁场方程(“场”分析法)
“路”分析法: 将系统看成由分立元件及连接导线组成.
“场”分析法: 将系统看成分布系统. “场”:在全部或部分空间里的每一个点,都对应某个物理 量的一个确定的值,称为在这个空间确定了该物理量的 场.
第1章 天线基础知识
对于线性媒质,某点的电极化强度P正比于该点的电场强
度E。在各向同性媒质中某点的P和E方向相同,即
P xe 0 E
式中χ e为电极化率,它是没有量纲的纯数,不同的介质
就有不同的χ e。
D 0 E xe 0 E 0 (1 xe ) E 0 r E E
(3)Eθ 和Hφ 的比值为常数，称为媒质的波阻抗，记
为η。对于自由空间 E
0 120 H 0
(1―4―6)
第1章 天线基础知识
(4)Eθ 和Hφ 与sinθ成正比，说明电基本振子
的辐射具有方向性，辐射场不是均匀球面波。
因此，任何实际的电磁辐射绝不可能具有完全
的球对称性，这也是所有辐射场的普遍特性。 电偶极子向自由空间辐射的总功率称为辐 射功率Pr，它等于坡印廷矢量在任一包围电偶 极子的球面上的积分，即
第1章 天线基础知识
(4) 按天线特性分类：按方向特性分，有定向天线、全
向天线、强方向性天线和弱方向性天线；按极化特性 分，有线极化(垂直极化和水平极化)天线和圆极化天 线；按频带特性分， 有窄频带天线、 宽频带天线和超 宽频带天线。 (5) 按馈电方式分，有对称天线和非对称天线。 (6) 按天线上的电流分，有行波天线和驻波天线。 (7) 按天线外形分，有V形天线、菱形天线、环行天线、
第一章天线基础知识PPT课件
辐射总功率： Pr 40IA2(l)2
等效关系： Rr 2Pr /IA2
辐射电阻： Rr 8(0l/)2
辐射功率取决于电偶极子的电长度，频率越高 或波长越短，辐射功率越大。已经假定空间媒 质不消耗功率且在空间内无其它场源，所以辐 射功率与距离r无关。
17
1.1.2 对偶原理与磁基本振子
（1）对偶原理 （2）磁基本振子
18
（1） 对偶原理
电荷与电流是产生电磁场的唯一源。自然界中至今 尚未发现任何磁荷与磁流存在。但是对于某些电磁场 问题，引入假想的磁荷与磁流是有益的。
对偶原理
如果将上述电场及磁场分为两部分：一部分是由电荷及电
流产生的电场 及Ee (磁r )场 ；另He一(r)部分是由磁荷及磁流产生 的电场 及磁场Em(r，) 即 Hm(r)
由对偶关系：
22
磁偶极子的辐射总功率
1
P rs S ad v s s 2 R E e H ] [ d s 1
4 6 I m 2 (0 s ) 2
磁偶极子的辐射电阻
Rr
2Pr Im2
3204(s)2
同样长度的导线，绕制成磁偶极子，在电流
振幅相同情况下，远区的辐射功率比电偶极子
的要小的多。
工程上常采用两个正交平面方向图，自由空 间中两个最重要的平面方向图是E面和H面。E 面即电场强度矢量所在并包含最大辐射方向的 平面，H面即磁场强度矢量所在并包含最大辐振子的H平面方向图
功率方向图反映辐射的功率密度与方向之间 的关系，它与场强方向图关系为
25
（1）方向函数
方向性，就是在相同距离的条件下天线辐 射场的相对值与空间方向的关系。 天线远场区：
方向函数：
归一化方向函数：
等效关系： Rr 2Pr /IA2
辐射电阻： Rr 8(0l/)2
辐射功率取决于电偶极子的电长度，频率越高 或波长越短，辐射功率越大。已经假定空间媒 质不消耗功率且在空间内无其它场源，所以辐 射功率与距离r无关。
17
1.1.2 对偶原理与磁基本振子
（1）对偶原理 （2）磁基本振子
18
（1） 对偶原理
电荷与电流是产生电磁场的唯一源。自然界中至今 尚未发现任何磁荷与磁流存在。但是对于某些电磁场 问题，引入假想的磁荷与磁流是有益的。
对偶原理
如果将上述电场及磁场分为两部分：一部分是由电荷及电
流产生的电场 及Ee (磁r )场 ；另He一(r)部分是由磁荷及磁流产生 的电场 及磁场Em(r，) 即 Hm(r)
由对偶关系：
22
磁偶极子的辐射总功率
1
P rs S ad v s s 2 R E e H ] [ d s 1
4 6 I m 2 (0 s ) 2
磁偶极子的辐射电阻
Rr
2Pr Im2
3204(s)2
同样长度的导线，绕制成磁偶极子，在电流
振幅相同情况下，远区的辐射功率比电偶极子
的要小的多。
工程上常采用两个正交平面方向图，自由空 间中两个最重要的平面方向图是E面和H面。E 面即电场强度矢量所在并包含最大辐射方向的 平面，H面即磁场强度矢量所在并包含最大辐振子的H平面方向图
功率方向图反映辐射的功率密度与方向之间 的关系，它与场强方向图关系为
25
（1）方向函数
方向性，就是在相同距离的条件下天线辐 射场的相对值与空间方向的关系。 天线远场区：
方向函数：
归一化方向函数：
天线知识讲座讲解
天线部分一、天线理论知识天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其质量的优良和是否合理使用对无线通信工程的成败起到重要作用。
所以我们必须全面了解天线。
1、天线的方位图：方位图是天线电气性能的最重要指标它直接全面的反映出天线的辐射特性。
定义：天线的辐射电磁场在一定距离上随空间角坐标分布的图形。
由于电磁场的矢量特征包含了幅度、相位、极化方向等信息，因此，对应有：幅度方向图、相位方向图。
而电磁场的幅度可用场强和功率密度表示，所以，幅度方向图又分为场强方向图和功率方向图。
除非特殊说明，在一般情况下，通常天线方向图指的是功率方向图，幅度以dB为单位。
根据定义，天线的方向图是三维立体图，但实际获得完整的三维方向图是非常困难的。
通常根据天线的结构特点，选择两个或多个特征面测得该平面内的二维方向图如：E面方向图：通过最大辐射方向并与电场矢量平行的平面；H面方向图：通过最大辐射方向并与磁场矢量平行的平面；水平面方向图（Horizontal）：是指与地面平行的平面内的方向图；垂直面方向图（Vertical）：是指与地面垂直的平面内的方向图。
当天线为垂直极化时，H面近似为水平面，E面近似为垂直面，如果天线为水平极化则情况正好相反。
E面图和H面图只是描述了天线的功率密度的分布情况，但不能定量的反映天线的主要特征。
为了更好的描述天线的方向图，常使用半功率波束宽度、副瓣电平、前后比、第一上副瓣抑制、第一下零点填充等都是描述方向图特征的指标。
2、波瓣：零功率点波瓣宽度：主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。
半功率点波瓣宽度：在E面或H面的等距线上，主瓣最大值两边场强等于最大场强的0.707倍（或一半功率密度）的两辐射方向之间的夹角。
副瓣电平：在E面或H面的等距线上，副瓣最大值与主瓣最大值之比，通常用dB表示。
后瓣：与主瓣相反方向上的副瓣。
前后比：等距线上，主瓣功率密度最大值和后瓣功率密度最大值之比(dB)在实际应用中由于天线的上副瓣信号不能起到覆盖的作用，且常常造成越区覆盖的问题，所以我们会想方设法抑制这个方向上信号的发射，而一般与主瓣方向夹角较小的第一上副瓣的功率密度最大，影响最坏，所以我们以对它的抑制为考察指标：第一上副瓣抑制（FirstUpper Side Lobe Suppression ）。
天线的知识讲座PPT课件
天线的基本知识
1.3.4 波瓣宽度
方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称 为副瓣或旁瓣。参见图1.3.4 a , 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功
率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。
1.3 天线方向性的讨论
1.3.1 天线方向性
发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功 能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。 垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈” 形的立体方向图（图1.3.1 a）。 立体方向图虽然立体感强，但绘制困难， 图1.3.1 b 与图1.3.1 c 给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定 平面上的方向性。从图1.3.1 b 可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射 方向在水平面上；而从图1.3.1 c 可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。
半波对称振子的增益为G = 2.15 dBi ; 4个半波对称振子 沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G = 8.15 dBi ( dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源) 。 如果以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是dBd .
半波对称振子的增益为G = 0 dBd （因为是自己跟自己比，比值为1，取对 数得零值。） ； 垂直四元阵，其增益约为G = 8.15 – 2.15 = 6 dBd .
两个半波振子（带反射板）
在垂直面上的配置
反 射 板
长 度 为 L
增益为 G = 11 ~ 14 dB
两
反
个
射
半
天线讲义
GSM/CDMA基站天馈系统
9 室内超柔跳线 用于主馈线（经避雷器）与基站主设备之间的连接，常用的跳线采 用1/2〞超柔馈线，长度一般为2~3米。 由于各公司基站主设备的接口及接口位置有所不同，因此室内超柔 跳线与主设备连接的接头规格亦有所不同，常用的接头有7/16DIN 型、有N型。有直头、亦有弯头。 10 尼龙黑扎带 主要有两个作用： （1）安装主馈线时，临时捆扎固定主馈线，待馈线卡子装好后， 再将尼龙扎带剪断去掉。 （2）在主馈线的拐弯处，由于不便使用馈线卡子，故用尼龙扎带 固定。室外跳线亦用尼龙黑扎带捆扎固定。 11 尼龙白扎带 用于捆扎固定室内部分的主馈线及室内超柔跳线。
GSM/CDMA基站天馈系统
5 7/8〞馈线卡子 用于固定主馈线，在垂直方向，每间隔1.5米装一个，水平方向 每间隔1米安装一个（在室内的主馈线部分，不需要安装卡子， 一般用尼龙白扎带捆扎固定）。 常用的7/8〞卡子有两种；双联和三联。 7/8〞双联卡子可固定两根馈线；三联卡子可固定三根馈线。 6 走线架 用于布放主馈线、传输线、电源线及安装馈线卡子。 7 馈线过窗器 主要用来穿过各类线缆，并可用来防止雨水、鸟类、鼠类及灰 尘的进入。 8 防雷保护器（避雷器） 主要用来防雷和泄流，装在主馈线与室内超柔跳线之间，其接 地线穿过过线窗引出室外，与塔体相连或直接接入地网。
前向功率
典型值为 25dB 左右
目的是有一个尽可能小的反向功率
传输线
连接天线和发射（或接收）机输出（或输入）端的导线称为传输线
或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量。 因此它应能将天线接收的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，或 将发射机发出的信号以最小的损耗传送到发射天线的输入端，同时它本身 不应拾取或产生杂散干扰信号。这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡。 当传输线的几何长度等于或大于所传送信号的波长时就叫做长传输线， 简称长线。
天线原理与设计_讲义8
(6.3) (6.4) (6.5) (6.6) (6.7)
链接
L Nd , 1 d 端射阵方向图最大值出现在θ=0处，因此令 Z0 Z | 0 L(1 ) / 2 sin( Z 0 ) Fmax Z0
由方向性系数公式
4 D 2 d F 2 ( )sin d W
a=0.002λ, L=0.4781λ, Lr=0.49λ, Ld=0.45λ, dr=dd=0.04λ
(1) 结构 八木天线又称引向天线、 波渠天线。它是由一根馈电 振子和几根无源寄生振子并 排放置组成的，如图所示。 其简化模型如下图所示 ■馈电的有源振子 一般选为半波谐振长度 lA=(0.46～0.49)λ ■反射器振子 长度lR=(1.05~1.15)lA , 也可用多根振子或反射网作反射器。 间距dr=(0.04~0.2)λ 。
opt 1
2L
(6.26)
或
Lopt
2(1 )
应当指出，汉森—伍德亚德条件是在阵列很大N>>1、 单元间距较小d<λ/4的情况下导出的。第一个条件是显然 的，第二个条件是端射阵不出现栅瓣的条件。
6.4 八木天线与返射天线
6.4.1 八木天线 (YAGI—UDA Antenna)
0.5 0.2796 / Nd
0.2796 o 2 ( rad ) 60.6 ( ) Nd Nd
得
2 0.5
(6.25b)
与普通端射阵的 2 0.5 108 / Nd (o)相比减小了1/3以上。
由汉—乌条件 及 可得最佳相速比
L L
/ / c / v
式中，u d (1 cos ) ，且 / N ， 令 sin( Nu / 2) 0 ，可得
Antenna 讲义
天线测试
无源测试 （Passive atenna test）
增益:
增益系数表示天线的定向收益程度。定义：在同一距离及相同输入功率条件下，某天线在最大辐射方 向上的辐射功率密度和理想无方向性天线的辐射功率密度之比。 例如：如果用理想无方向性点源作为发射天线，需要100W输入功率，而用增益为G=13dB=20的某 定向天线作为发射天线，输入功率仅需100/20=5W。
1、尺寸越来越小； 2、频率越来越宽； 3、越来越便于设计； 4、成本越来越低；
9 • 2011 Lenovo Confidentntenna（对称振子天线）
10 • 2011 Lenovo Confidential. All rights reserved. ©
IN(d)
I(d)
0
+
V(d)
ZO
ZL
6 • 2011 Lenovo Confidential. All rights reserved. ©
d=l
d=0
天线简介
反射系数：反射波电压（或电流）与入射波电压（或电流）的比值。由于电压容易测 试，所以一般所指的反射系数都是电压发射系数，可以表示为
Z L ZO 0 IN d 0 Z L ZO
由公式可以看到，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（50欧 姆），此时无反射，能量完全给天线。 电压驻波比：如果ZL不等于Z0，反射系数一定不为0，此时天线输入端的电压与电流 均有入射波与反射波的叠加，电压振幅最大值与振幅最小值记为电压驻波比VSWR （Voltage Stand Wave Ratio）。
天线开发流程
为了确保测试结果的准确性，通常会把手机的零部件（尤其是天线附件的元器件）全部 装上，然后再进行无源测试。
《微带贴片天线讲义》课件
03
提高微带贴片天线的效率可以提 高天线的辐射能力和能量利用率
。
04
PART 04
微带贴片天线的应用
无线通信系统
无线局域网（WLAN）
微带贴片天线广泛应用于无线局域网中，作为接入点（AP）和客户端（如笔记本 电脑和智能手机）的通信天线，实现高速数据传输。
蓝牙通信
蓝牙耳机和蓝牙设备中使用的微带贴片天线，用于无线传输语音和数据信号，方 便用户进行无线连接和通信。
雷达系统
车载雷达
在自动驾驶汽车中，微带贴片天线常 被用作车载雷达系统的发射和接收天 线，用于探测障碍物、车辆和行人的 位置和速度。
气象雷达
气象雷达中的微带贴片天线，能够发 射和接收微波信号，用于监测降雨、 风速、冰雹等气象信息。
卫星通信系统
卫星电视接收
微带贴片天线在卫星电视接收系统中应用广泛，用于接收来自卫星的电视信号，提供高清电视节目。
小型化和宽频带是微带贴片天线面 临的挑战之一，需要研究新型材料 和优化设计方法来实现。
高增益与低交叉极化问题
高增益
为了提高通信质量和距离，需要微带贴片天线具有较 高的增益。
低交叉极化
交叉极化会导致信号质量下降，因此需要微带贴片天 线具有较低的交叉极化。
总结
在提高增益的同时降低交叉极化是微带贴片天线的另 一个挑战，可以通过改进结构和材料来实现。
高效率与低成本问题
高效率
为了减少能量损失，微带贴片天线需要具有较高 的效率。
低成本
在满足性能要求的同时，降低微带贴片天线的制 造成本也是重要的考虑因素。
总结
高效率和低成本是微带贴片天线的第三个挑战， 可以通过优化制造工艺和采用新型材料来实现。
PART 06
提高微带贴片天线的效率可以提 高天线的辐射能力和能量利用率
。
04
PART 04
微带贴片天线的应用
无线通信系统
无线局域网（WLAN）
微带贴片天线广泛应用于无线局域网中，作为接入点（AP）和客户端（如笔记本 电脑和智能手机）的通信天线，实现高速数据传输。
蓝牙通信
蓝牙耳机和蓝牙设备中使用的微带贴片天线，用于无线传输语音和数据信号，方 便用户进行无线连接和通信。
雷达系统
车载雷达
在自动驾驶汽车中，微带贴片天线常 被用作车载雷达系统的发射和接收天 线，用于探测障碍物、车辆和行人的 位置和速度。
气象雷达
气象雷达中的微带贴片天线，能够发 射和接收微波信号，用于监测降雨、 风速、冰雹等气象信息。
卫星通信系统
卫星电视接收
微带贴片天线在卫星电视接收系统中应用广泛，用于接收来自卫星的电视信号，提供高清电视节目。
小型化和宽频带是微带贴片天线面 临的挑战之一，需要研究新型材料 和优化设计方法来实现。
高增益与低交叉极化问题
高增益
为了提高通信质量和距离，需要微带贴片天线具有较 高的增益。
低交叉极化
交叉极化会导致信号质量下降，因此需要微带贴片天 线具有较低的交叉极化。
总结
在提高增益的同时降低交叉极化是微带贴片天线的另 一个挑战，可以通过改进结构和材料来实现。
高效率与低成本问题
高效率
为了减少能量损失，微带贴片天线需要具有较高 的效率。
低成本
在满足性能要求的同时，降低微带贴片天线的制 造成本也是重要的考虑因素。
总结
高效率和低成本是微带贴片天线的第三个挑战， 可以通过优化制造工艺和采用新型材料来实现。
PART 06
讲义-口径天线基础
第十一章口径天线基础之前我们讨论的是线状天线，其特点是天线呈直线、折线或曲线状，且天线的尺寸为波长的几分之一或数个波长。
所构成的基本理论称之为线天线理论。
即使开槽缝隙天线，在分析时也是借助了缝隙天线的互补天线—金属线天线来分析。
在实际工作中，还将遇到金属导体或介质构成的口径天线和反射面天线。
有时我们统称为口面天线。
面天线，顾名思义因为这类天线所载的电流是分布在金属面或介质面上的，而且其口径尺寸远大于工作波长，可以是波长的十几到几十倍以上。
主要包括：喇叭天线、透镜天线、抛物面天线、双反射面的卡塞格伦天线等。
天线通常由两部分组成：一是初级源，例如抛物面天线的喇叭馈源；一是形成方向性的部件，例如抛物面反射器。
(a) 喇叭天线(b) 龙伯透镜天线(c) 抛物面天线(d) 卡塞格伦天线图11.1 常见口径天线在微波通信中，由于波长很短，往往采用口径面天线来辐射(或接收)电磁能量。
所有口径面天线都有一个明显的口径面（简称口面），电磁能量通过口面辐射（或接收）。
如图所示喇叭天线的口面为矩形平面，抛物面天线的口面的口面为圆形平面。
对于面天线而言，由于辐射（或接收）的电磁能量都必须经过其口面，因此，有理由将口面看成是面天线辐射场的（等效）源。
口面天线的分析模型如下图所示：图11.2 口径天线分析模型1S 为天线金属导体面，2S 为开口面，1S ＋2S 构成一个封闭面，封闭面内有一源。
对这样一个分析模型，要求解空间某点p 处的电磁场p p H E v v 、，一般采用两种近似求解方法。
（1）面电流法：以馈源的初级辐射电磁场在金属表面产生的表面电流为依据，计算辐射场。
表面电流密度与馈源的初级辐射场之间近似满足如下关系：i S H nJ v v ×=ˆ (11.1) 式中：S J v 为金属反射面的表面电流密度；i H v 为金属表面处馈源的初级辐射磁场；ˆn为金属表面的法向单位矢量。
上式仅对于平面波入射到无限大金属平面的情况才是精确的，所以面电流法是一种近似方法。
天线的基本知识PPT培训课件
乎不受影响，但在距建筑物１００米处，接收信号场强将比无高搂时明显减弱。这时，如果接收 的是２１６～２２３兆赫的电视信号，接收信号场强比无高搂时减弱１６分贝，当接收６７０兆 赫的电视信号时，接收信号场强将比无高搂时减弱２０分贝。如果建筑物的高度增加到５０米时，
则在距建筑物１０００米以内，接收信号的场强都将受到影响，因而有不同程度的减弱。也就 是说，频率越高，建筑物越高、越近，影响越大。相反，频率越 低，建筑物越矮、越远，影响越小。
“扇形覆盖天线 ” 将在接收机中有8mW功率
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。
天线可视为一个四端网络
同轴线变化为天线
3.1 对称振子
两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一 波长。全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。将振子折合 起来的，称为折合振子。
由于大气层对超短波的折射作用，有效传播直视距离为 AB＝4.12 (√HT+√HR)(公里)
A
RT
发射天线高HT
O'
RR B
接收天线高HR
2.2 电波的多径传播
电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如，山丘、
森林、地面或楼房等高大建筑物，还会产生反射。因此，
①利用电视品牌，终端展示材料，进行普遍宣传，使产品信息迅速传播；
1.5 极化损失
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；
当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化） 与来波的极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）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。
则在距建筑物１０００米以内，接收信号的场强都将受到影响，因而有不同程度的减弱。也就 是说，频率越高，建筑物越高、越近，影响越大。相反，频率越 低，建筑物越矮、越远，影响越小。
“扇形覆盖天线 ” 将在接收机中有8mW功率
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。
天线可视为一个四端网络
同轴线变化为天线
3.1 对称振子
两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一 波长。全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。将振子折合 起来的，称为折合振子。
由于大气层对超短波的折射作用，有效传播直视距离为 AB＝4.12 (√HT+√HR)(公里)
A
RT
发射天线高HT
O'
RR B
接收天线高HR
2.2 电波的多径传播
电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如，山丘、
森林、地面或楼房等高大建筑物，还会产生反射。因此，
①利用电视品牌，终端展示材料，进行普遍宣传，使产品信息迅速传播；
1.5 极化损失
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；
当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化） 与来波的极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）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。
天线原理与设计讲义.ppt
简言之：天线的功能主要有两点： (1)能量转换 (2)定向辐射或接收 无线电通讯线路中的辐射和接收天线示意：
发射系统等效电路：
天线等效电路中最主要的一个参数——辐射电阻Rr。 可以认为天线辐射的电磁波能量全部由Rr吸收。
发射天线空间辐射方向图。
●典型的空间三维方向图
●典型的二维方向图
各种各样的方向图是由各种各样的天线实现的。
■ IE3D软件 ■ FIDELITY软件
(2)在天线技术应用方面
卫星通信技术发展推动了卫星天线和大型地面站天 线的发展，出现了大型平面阵、卡塞格仑天线及各种反 射面天线馈源。
雷达制导、搜索、跟踪、预警技术的应用推动了单 脉冲雷达天线、相控阵天线，多波束天线的发展。
半导体技术的发展使无线电技术向毫米波、亚毫米 波甚至更高频率发展，对天线提出了小型化、集成化、 宽带化等一系列要求，出现了有源天线、微带天线和印 刷天线、印制板开槽天线、表面波天线、共形阵列天线 等。
另外，还有八木天线，对数周期天线、阵列天线。阵 列天线又有直线阵天线、平面阵天线、附在某些载体表 面的共形阵列天线等。
为便于分析和研究天线性能出发，天线可以分为如下 几大类：
(1) 线天线(Wire Antennas) ——(1～6)章
(2) 口径天线(Aperture Antennas) ——(8～10章)
(1)在天线理论方法方面
■几何绕射理论 ■平面波谱展开法 ■时域有限差分法 ■天线近场测量理论
■矩量法 ■有限元法 ■时域积分方程法 ■阵列分析与综合理论
这些理论方法为天线的工程设计奠定了坚实的基础，
随着计算机技术的发展大都形成了计算机仿真的电子自 动化设计软件。
■ HFSS软件 ■ CST软件 ■ FEKO软件
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全向天线方向图
全向天线方向图
在振子的轴线方向上辐射为零，最大 辐射方向在水平面上
在水平面上各个方向上的 辐射一样大
定向天线的水平及垂直方向图
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
方向图旁瓣显示
上旁瓣抑制
• 波束下倾用于
– 控制覆盖 – 减小交调
天线的下倾
无下倾 10度电 下倾
6度电 下倾 +4度 机械 下倾
10度机械 下倾
电下倾的产生
移相器
无下倾时
在馈电网络中 路径长度相等
有下倾时
在馈电网络中 路径长度不相等
机械下倾与电下倾的比较
天线波束下倾通常采用下列三种方法及其组合：机械 下倾、预置电下倾、可调电下倾（电调天线）。 预置电下倾天线与电调天线原理基本相似，只是其预 置倾角是固定不能调整的（可同时结合机械下倾）。 成本上电调天线最高，预置电下倾天线次之，机械下 倾天线最低。
天线的作用
将传输线中的高频电磁能转为自由空间的电磁波
将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能 无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天 线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由 天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到 无线电接收机。
天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备， 没有天线也就没有无线电通信。
双极化天线
两个天线为一个整体
传输两个独立的波
两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线， 注意，双极化天线有两个接头，双极化天线辐射（ 或接收）两个极化在空间相互正交（垂直）的波
V/H (垂直/水平)
倾斜 (+/- 45°)
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
天线方向图
天线方向图是空间立体图形，但是通常用两个互相垂直的主平面內 的方向图来表示，称为平面方向图；一般叫作垂直方向图和水平方 向图 水平方向图有全向天线与定向天线之分，而定向天线的水平方向图 的形状也有很多种，如心型、8字形等 天线具有方向性本质上是通过振子的排列以及各振子馈电相位的变 化来获得的，在原理上与光的干涉效应十分相似。因此会在某些方 向上能量得到增强，而某些方向上能量被减弱，即形成一个个波瓣 或波束和零点。能量最强的波瓣叫主瓣，上下次强的波瓣叫第一旁 瓣，依次类推。对于定向天线，还存在后瓣。
GSM/CDMA基站天馈系统
5 7/8〞馈线卡子 用于固定主馈线，在垂直方向，每间隔1.5米装一个，水平方向 每间隔1米安装一个（在室内的主馈线部分，不需要安装卡子， 一般用尼龙白扎带捆扎固定）。 常用的7/8〞卡子有两种；双联和三联。 7/8〞双联卡子可固定两根馈线；三联卡子可固定三根馈线。 6 走线架 用于布放主馈线、传输线、电源线及安装馈线卡子。 7 馈线过窗器 主要用来穿过各类线缆，并可用来防止雨水、鸟类、鼠类及灰 尘的进入。 8 防雷保护器（避雷器） 主要用来防雷和泄流，装在主馈线与室内超柔跳线之间，其接 地线穿过过线窗引出室外，与塔体相连或直接接入地网。
蜂窝单元内的手提电话信号
下倾Downtilt
天线下倾是常用的一种增强主服务区信号电平，减小对其他小区干扰的一种重要手 段。通常天线的下倾方式有机械下倾、电子下倾两种方式。机械下倾是通过调节天 线支架将天线压低到相应位置来设置下倾角，而电子下倾是通过改变天线振子的相 位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强度，从而使天线的 垂直方向图下倾。在采用电子下倾角的同时可以结合机械下倾一起进行。 电子下倾天线一般倾角固定，最新的技术是倾角可调的电子下倾天线，通常称作电 调天线
+ 45度倾斜的极化
- 45度倾斜的极化
极化方式的对比(1)
垂直单极化天线与双极化天线：
从发射的角度来看，由于垂直于地面的手机更容易与垂直极化信号 匹配，因此垂直单极化天线会比其他非垂直极化天线的覆盖效果要 好一些，特别是在开阔的山区和平原农村就更明显。 实验证明在开阔地区的山区或平原农村，这种天线的覆盖效果比双 极化±45° 天线更好，但在市区由于建筑物林立，建筑物内外的金 属体很容易使极化发生旋转，因此无论是单极化还是± 45 ° 双极 化天线在覆盖能力上没有多大区别
基站天馈系统示意图
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
8防雷保护器 基站主设备
GSM/CDMA基站天馈系统
1天线调节支架 用于调整天线的俯仰角度，范围为：0°~15 °； 2 室外跳线 用于天线与7/8〞主馈线之间的连接。常用的跳线采用1/2 〞 馈线， 长度一般为3米。
前后抑制比
方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。前后比大，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。 一般天线的前后比在18~ 45dB之间，对于密集市区要积极采用前后比抑制大的天线
后向功率 以dB表示的前后比 = 10 log
(前向功率) (反向功率)
零点填充和上副瓣抑制
旁瓣抑制与零点填充
（Elevation Upper Side lobes & Null Fill）
基站的服务对象是地面上 的移动电话用户，指向天 空的辐射是毫无意义的。
零点填充和上副瓣抑制
低上旁瓣能减少干扰 下旁瓣零值填充减小塔下黑
低上部旁瓣波形
来自邻近蜂窝单元的干扰信号
GSM/CDMA基站天馈系统
9 室内超柔跳线 用于主馈线（经避雷器）与基站主设备之间的连接，常用的跳线采 用1/2〞超柔馈线，长度一般为2~3米。 由于各公司基站主设备的接口及接口位置有所不同，因此室内超柔 跳线与主设备连接的接头规格亦有所不同，常用的接头有7/16DIN 型、有N型。有直头、亦有弯头。 10 尼龙黑扎带 主要有两个作用： （1）安装主馈线时，临时捆扎固定主馈线，待馈线卡子装好后， 再将尼龙扎带剪断去掉。 （2）在主馈线的拐弯处，由于不便使用馈线卡子，故用尼龙扎带 固定。室外跳线亦用尼龙黑扎带捆扎固定。 11 尼龙白扎带 用于捆扎固定室内部分的主馈线及室内超柔跳线。
前向功率
典型值为 25dB 左右
目的是有一个尽可能小的反向功率
传输线
连接天线和发射（或接收）机输出（或输入）端的导线称为传输线
或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量。 因此它应能将天线接收的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，或 将发射机发出的信号以最小的损耗传送到发射天线的输入端，同时它本身 不应拾取或产生杂散干扰信号。这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡。 当传输线的几何长度等于或大于所传送信号的波长时就叫做长传输线， 简称长线。
机械下倾与电下倾的比较
不同的下倾方式对后瓣的不同影响
电调下倾与机械下倾在对后瓣的影响方面也不同，电调下倾会使得后瓣的影响得到进一步的
控制，而机械下倾可能会使后瓣的影响扩大。
机械下倾较大时，该天线辐射信号会通过后瓣传播到背面方向的高 层建筑物内，从而导致额外的干扰
基站天馈系统
1天线调节支架 抱杆（50~114mm）
极化方式
移动通信天线的极化方式有单极化天线、双极 化天线两种，其本质都是线极化方式，双极化 天线利用极化分集来减少移动通信系统中多径 衰落的影响，提高基站接收信号质量的，通常 有0°/90°、±45°两种 对于GSM频段水平极化波的传播效果不如垂直 极化，因此目前很少采用0°/90°的交叉极化 天线
3 接头密封件
用于室外跳线两端接头（与天线和主馈线相接）的密封。常用的 材料有绝缘防水胶带（3M2228）和PVC（绝缘胶带3M33+）。 4 接地装置（7/8〞馈线接地件 ）
主要是用来防雷和泄流，安装时与主馈线的外导体直接连接在一 起。一般每根馈线装三套，分别装在馈线的上、中、下部位，
接地点方向必须顺着电流方向。
下倾方式选择原则
下旁瓣抑制
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“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
传输线的种类
超短波段的传输线一般有两种：平行双线传输线和同轴电 缆传输线；微波波段的传输线有同轴电缆传输线、波导和 微带。 平行双线传输线由两根平行的导线组成，它是对称式或平 衡式的传输线，这种馈线损耗大，不能用于UHF频段。 同轴电缆传输线的两根导线分别为芯线和屏蔽铜网，因铜 网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平 衡式传输线。 同轴电缆工作频率范围宽，损耗小，对静电耦合有一定的 屏蔽作用，但对磁场的干扰却无能为力。使用时切忌与有 强电流的线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。
极化式的对比(2)
从接收的角度来看，由于单极化天线要用两根天线才能实现分集接 收，而双极化天线只要一根就可以实现分集接收，因此单极化天线 需要更多的安装空间，且在以后的维护工作方面要比双极化天线要 大，至于空间分集与极化分集增益差别不大，一般空间分集增益在 3.5dB左右。 从天线尺寸方面来说由于双极化天线中不同极化方向的振子即使交 叠在一起也可保证有足够的隔离度，因此双极化天线的尺寸不会比 单极化天线更大