第3讲天线基础知识篇2015to物联网
天线基础知识(全)PPT课件
• 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。
天线的方向性
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天线的方向性
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天线的方向性
D=0.32 λ, S=0.25 λ, N=10
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无线电电磁频谱
3Hz 30Hz 300Hz 3kHz 30kHz 300kHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz 3THz 30THz 300THz
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》
线电波来传递信号的，而无线电波的发射和接收都通过天线来完成。 因此天线设备是无线电系统中重要的组成部分。图1.和图2.指出了 天线设备在两种典型的无线电系统中的地位。
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天线功能
天线基础知识课件
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。
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、
天线的基本知识
天线的基本知识(二)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。
可见，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。
天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。
对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。
6.1.2 对称振子对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。
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、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子 , 见图 1.2 a 。
另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子 , 见图 1.2 b 。
6.1.3 天线方向性的讨论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。
超详细的天线知识（此篇足矣，收藏）
超详细的天线知识（此篇足矣，收藏）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。
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。
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。
一、移动基站天线的发展史从2G到4G，移动基站天线经历了全向天线、定向单极化天线、定向双极化天线、电调单极化天线、电调双极化天线、双频电调双极化到多频双极化天线，以及MIMO天线、有源天线等过程。
而随着4G和5G时代的到来，BBU和RRH分离，Massive MIMO技术的引入，总的来说，基站天线的发展出现了三个趋势：•1）无源天线向有源天线发展•2）光纤替代馈线•3）RRH和天线部分集成从另一个视角看，阵列天线、多频段天线、多波束天线构成了基站天线发展的“魔术三角”。
Massive MIMO基站端装备大规模天线阵列，利用多根天线形成的空间自由度及有效的多径分量，提高系统的频谱利用效率。
▲华为Massive MIMO天线▲中兴Massive MIMO天线多波束天线运用多波束天线使扇区分裂来提升容量，比如2 x 9 x 6°的18波束天线。
2G到4G基站天线发展2G/3G时代，天线多为2端口。
▲GSM天线▲CDMA天线▲LTE-FDD 独立2端口天线（2T2R）到了4G时代，随着MIMO技术、多频段天线的大量使用，我们看到，铁塔上天线就像是长出了大胡子。
天线的基础知识篇 PPT
1.42 端口测得的驻波比如左表所示。
2、方向图
天线的方向性常用方向图来直观表达。 天线的辐射是三维的，在工程上为了方
便，常采用水平和垂直两个面的方向图 来描述天线的方向性。 平面方向图有直角坐标方向图和极坐标 方向图，其中极坐标方向图更加直观
2、方向图
方向图像一个“汽车轮胎”
水平面 H面
对天线的要求
高效率： 天线把输入功率全部辐射出去。（理
想状态） 方向性：
在通信的方向上有辐射，不需要的方 向上没有辐射。（理想状态）
根据什么参数判断天线的好坏？
一般要关注的天线的参数： 1、电压驻波比 2、方向图 3、方向系数和增益 4、带宽 5、极化
1、电压驻波比（VSWR）
电压驻波比（VSWR）： 入射波与从天线回来的反射波在馈线中 叠加，形成驻波状态。馈线中的电压最 大值与电压最小值的比值就是电压驻波 比。当天线端口没有反射时，就是理想 匹配，驻波比为1；当天线端口全反射时， 驻波比为无穷大。
VSWR
弦上的驻波
驻波比从一个方面反映了天线的效率。
驻波比越大，表示反射的功率越大，效 率越低。
一般要求驻波比小于等于1.5
回波损耗
50 欧姆
前向: 1W 回波: 0.05W
80 欧姆
0.95 W
此例中，回波损耗为 10log(1/0.05) = 14dB ， VSWR (驻波比) 是对此现象的另一种度量方法
方向系数和增益
9.85dBd＝12dBi 半波振子的增益是2.15dBi
4、带宽（天线的工作频率范围）
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，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。
中级培训第一模块之三天线基础知识ppt课件
天线理论基础知识
1.4.1 双极化天线
把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起，或者，把 +45° 极化和 -45° 极化两 种极化的天线组合在一起，就构成了一种新的天线---双极化天线。
E E
垂直极化
E
水平极化
E
+45° 极化
-45° 极化
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E E
垂直极化
水平极化
中国移动通信集团网优专家小组
天线理论基础知识
为什么垂直极化 天线更常用？ 前面提到：天线的极化方向与电场方向相同，当电场
强度方向垂直于地面时，此就称为垂直极化波，否则就称 为水平极化波。水平极化波传播时贴近地面，会在大地表 面形成极化电流，极化电流受大地阻抗的影响，产生热能， 使电信号迅速衰落，覆盖距离变短。垂直极化波覆盖距离 更远。
按极化方式分类：垂直极化、水平极化、交叉极化等
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天线理论基础知识
1.3 天线方向性
1.3.1 天线方向性（全向天线） 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。
天线基础知识
第一讲天线的基础知识发射电磁波所用的导线，在无线电通信中一般叫做“发射天线”。
高频电磁波在空中流传，如遇着导体，就会发生感觉作用，在导体内产生高频电流，使我们能够用导线接收来自远处的无线电信号。
接收电磁波所用的导线，一般叫做“接收天线”。
任何导线都能够作为发信天线和接收天线。
高频电子设备中每一段导线都可能向外发射电磁波，敏捷的收信机中每一段导线都可能拾取空中的各样电磁波所以需要采纳各种的障蔽举措！免得不该有的“天线”接收到扰乱信号！不一样形状、尺寸的导线在发射和接收某一频次的无线电信号时，效率相差好多，所以要获得理想的通信成效，一定采纳适合的天线才行！天线影响无线电通信成效的主要原由有极化方向、方向特征、阻抗般配、辐射效率和频带宽度等。
天线的输入阻抗输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。
天线与馈线的连结，最正确情况是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特征阻抗，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次的变化比较缓和。
天线的般配工作就是除去天线输入阻抗中的电抗重量，使电阻重量尽可能地凑近馈线的特征阻抗。
般配的好坏一般用四个参数来权衡即反射系数，行波系数，驻波比和回波消耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。
在我们平时保护中，用的许多的是驻波比和回波消耗。
一般挪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到无量大之间。
驻波比为1，表示完整般配；驻波比为无量大表示全反射，完整失配。
在挪动通信系统中，一般要求驻波比小于，但实质应用中VSWR应小于。
过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内扰乱加大，影响基站的服务性能。
2.回波消耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。
回波消耗的值在0dB3.的到无量大之间，回波消耗越大表示般配越差，回波消耗越大表示般配越好。
4.表示全反射，无量大表示完整般配。
在挪动通信系统中，一般要求回波消耗大于14dB。
天线的基础知识及应用
天线的基础知识及应用1、天线的简介天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播电磁波，一般天线都具有可逆性，即同一种天线既可用作来做发射天线，也可用来作为接收天线。
凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。
众所周知，天线是无线通信、广播、导航、雷达、测控、微波遥感、天文和电子对抗等各种民用和军用无线电系统必不可少的设备之一。
随着信息时代的到来，我们几乎天天都看得见天线，也正在使用天线带来的各种无线信号，如电视塔上的电视发射天线、移动电话基站塔上的通信天线、无时不在的4G还有正在普及中的5G手机内置天线、大型卫星通信地面站天线、全球定位系统（北斗、GPS 等）接收天线、各种智能穿戴、IOT设备的内置天线等等---天线究竟是一根什么样的“线”，为什么会如此彻底地改变我们的生活？其实，天线之所以牛逼，就是因为电磁波牛逼。
2、天线的历史1987年德国青年学者海因里希·赫兹（Heinrich R. Hertz）的著名实验证实了电磁波的存在，他当时所用的电偶极子谐振器就是最早的发射天线，因此天线发明至今还只有130年左右的历史。
1888年，29岁的亚历山大·波波夫得知德国物理学家赫兹发现电磁波的消息后，这位曾经立志推广电灯的年轻科学家对朋友们说：“我用毕生的精力去安装电灯，对于广阔的俄罗斯来说，只不过照亮了很小的一角：假如我能指挥磁波，那就可以飞越整个世界！”于是，他埋头研究，1896年，终于在相距20m的建筑物之间传送了一份电报，电文就是Heinrich Hertz，无线电天线由此而问世。
无线电开创初期主要使用的是火花式发射机，工作频率主要集中在米波和微波频率。
当今，天线技术已具有成熟科学的许多特征，但它仍然是一个富有活力的技术领域。
主要发展方向是：多功能（一副天线代替多副天线）、智能化（提高信息处理能力）、小型化、集成化以及高性能化（宽频带、高增益、低交叉极化等）。
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
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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。
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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。
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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
第三章 天线基础
RFID天线主要由电基本振子和磁基本振子构成。
3.2 基本振子的辐射
电基本振子的辐射
电基本振子也称为电偶极子，是为分析天线而抽象出来的天线 最小构成单元。如图所示为一个电基本振子。 该电基本振子在球坐标原点
沿z轴放臵，是一段长度l 远小
于波长λ的细短导线。导线上所 有点的电流振幅和相位均被认为
是恒定的，即电流是等幅同相分
3．前后比
天线最大辐射方向（前向）电平与其相反方向（后向）电平之 比，通常以分贝为单位。
3.3 天线的电参数
天线的增益
在输入功率相等的条件下，实际天线与理想辐射单元在空间同
一点处所产生的信号的功率密度之比，称为天线增益。天线增益定 量地描述了天线集中辐射输入功率的程度。方向图主瓣越窄，副瓣
越小，增益就越高。当天线效率为1时，天线的增益就是该天线的方
布。
3.2 基本振子的辐射
电磁场在各向同性、理想均匀的自由空间中的表达式
Il 1 jKr E 1 cos e r 2 j Kr 2 π r KIl 1 1 jKr E j 1 sin e 4πr jKr K 2 r 2 E 0 H H 0 r KIl 1 jKr H j 1 sin e 4 π r j Kr
第三章 天线基础
在RFID系统中，读写器和电子标签之间的 通信是以无线方式完成的，因此读写器和电子 标签都必须具有自己的天线，用来接收和发送 电磁波，从而完成数据的传输。 本章首先介绍天线的一些基本概念及部分 重要的电参数。然后介绍天线在RFID系统中的 应用与设计现状，并对不同频段的RFID天线进 行重点阐述。
天线知识专业知识
右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特征旳天线来接受；而左 旋圆极化波要用具有左旋圆极化特征旳天线来接受。当来波旳极 化方向与接受天线旳极化方向不一致时，在接受过程中一般都要 产生极化损失，例如：当用圆极化天线接受任一线极化波，或用 线极化天线接受任一圆极化波时，都要产生３分贝旳极化损失， 即只能接受到来波旳二分之一能量；
当导线旳长度增大到可与波长相比拟时，导线上旳电流 就大大增长，因而就能形成较强旳辐射。一般将上述能产生明显 辐射旳直导线称为振子。
天线可视为一种四端网络
同轴线变化为天线
3.1 对称振子
两臂长度相等旳振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一 波长。全长与波长相等旳振子，称为全波对称振子。将振子折合 起来旳，称为折合振子。
超短波和微波旳频率很高，波长较短，它旳地面波衰减不久。 所以也不能依托地面波作较远距离旳传播，它主要是由空间波来 传播旳。空间波一般只能沿直线方向传播到直接可见旳地方。在 直视距离内超短波旳传播区域习惯上称为“照明区”。在直视距 离内超短波接受装置才干稳定地接受信号。
直视距离和发射天线以及接受天线旳高度有关系，并受到地 球曲率半径旳影响。由简朴旳几何关系式可知 AB＝3.57(√HT+√HR)(公里)
一 移动基站天线旳有关概念
1、无线电波旳基本知识 2、超短波旳传播 3、天线辐射电磁波旳基本原理 4、有关传播线旳几种基本概念 5、经典旳移动基站天线技术指标综述 6、通信距离方程 7、基站天馈系统 8、抛物面天线简介
１ 无线电波旳基本知识
１．１ 无线电波 什么叫无线电波？无线电波是一种能量传播形式，
1.6 (极化)隔离
天线基础知识(全)PPT课件
• 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。
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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
天线基础知识大全资料讲解
天线基础知识大全1天线1.1天线的作用与地位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。
可见，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。
天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。
对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要1天线1.1 天线的作用与地位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。
可见，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。
天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。
对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。
*电磁波的辐射导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。
如图1.1 a 所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如图1.1 b 所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。
必须指出，当导线的长度L 远小于波长λ 时，辐射很微弱；导线的长度L 增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。
1.2 对称振子对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。
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、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子，见图1.2a 。
第3讲天线基础知识篇2015to物联网
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
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
P1
P0 天线
P2
理想辐射单元
G = 10log(P1/P2)
天线增益、方向图和天线尺寸之关系
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 基站天线重要的参数之一。
天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。
20
全 向 天 线 增 益 与 垂 直 波 瓣 宽 度
半波振子
半功率波瓣宽度
天线选型原则： ➢ 方向图的选择：在以覆盖铁路、公路沿线为目标的基站，可以采用窄波束高增益的定
向天线。 可根据布站点的道路局部地形起伏和拐弯等因素来灵活选择天线形式；
➢ 天线增益的选择，定向天线增益可选17dBi－22dBi的天线，全向天线的增益选择11dBi； ➢ 下倾方式的选择：公路覆盖一般不设下倾角，建议选用价格较便宜的机械下倾天线，
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水平面
基站天线的选型
1、市区基站天线选择
应用环境特点：基站分布较密，要求单基站覆盖范围小，希望尽量减少越区覆 盖的现象，减少基站之间的干扰，提高频率复用率。 天线选用原则：
极化方式选择：由于市区基站站址选择困难，天线安装空间受限，建
议选用双极化天线；
方向图的选择：在市区主要考虑提高频率复用度，因此一般选用定向
天线增益的选择：视覆盖要求选择天线增益，建议在郊区农村地区
选择较高增益（16-18dBi）的定向天线或9－11dBi的全向天线；
下倾方式的选择：在郊区农村地区对天线的下倾调整不多，其下倾角的调整范围
及特性要求不高，建议选用机械下倾天线；同时，天线挂高在50米以上且近端有
覆盖要求时，可以优先选用零点填充的天线来避免塔下黑问题。
方向图选择：如果要求基站覆盖周围的区域，且没有明显的方向性，
基站周围话务分布比较分散，此时建议采用全向基站覆盖。同时需要 注意的是：全向基站由于增益小，覆盖距离不如定向基站远。同时全 向天线在安装时要注意塔体对覆盖的影响，并且天线一定要与地平面 保持垂直。如果局方对基站的覆盖距离有更远的覆盖要求，则需要用 定向天线来实现。一般情况下，应当采用水平面半功率波束宽度为90 °、105 °、120 °的定向天线；
3dB 波束宽度 - 3dB点
方位即水平面方向图
10dB 波束宽度 - 10dB点 120° (eg) 峰值 - 10dB点
60° (eg)
峰值 - 3dB点
Peak - 3dB
15° (eg) Peak Peak - 3dB 32° (eg)
Peak - 10dB
Peak Peak - 10dB
俯仰面即垂直面方向图
天线选型原则：
方向图的选择：在以覆盖铁路、公路沿线为目标的基站，可以采用窄波束高增益的定 向天线。 可根据布站点的道路局部地形起伏和拐弯等因素来灵活选择天线形式； 天线增益的选择，定向天线增益可选17dBi－22dBi的天线，全向天线的增益选择11dBi； 下倾方式的选择：公路覆盖一般不设下倾角，建议选用价格较便宜的机械下倾天线， 在50米以上且近端有覆盖要求时，可以优先选用零点填充（大于15%）的天线来解决 塔下黑问题；
后向功率
前向功 率
(前向功率) 以dB表示的前后比 = 10 log (反向功率) 典型值为 25dB 左右 目的是有一个尽可能小的反向功率
波瓣宽度
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。
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
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。
水平面
定向双极化天线
双极化天线内部采用±45度极化，有两个 射频端口，实际使用时一端口用于接收和发送 ，另一个端口仅接收，利用极化分集的原理， 每个扇区只需布置一副双极化天线即可。 由于双极化天线在城区应用可以获得良好 的极化分集效果，且选址和安装较空间分集天 线更为简单，已成为城区建站的主要应用类型 。
P1
P0
天线
P2
G = 10log(P1/P2) 理想辐射单元
天线增益、方向图和天线尺寸之关系
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 基站天线重要的参数之一。
天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。
20
全 向 天 线 增 益 与 垂 直 波 瓣 宽 度
半功率波瓣宽度
图：定向天线
图：全向天线
三、天线的基本分类
按外部形状划分
帽形天线
板状天线
鞭状天线
面状天线
八木天线
板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。这种天线的优点是：增益高、扇形区方
板状天线
向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能 可靠以及使用寿命长。 板状天线也常 常被用作为直放站的用户天线，根据作用扇形区的范围大小，应选择相应的天线型号。 鞭状天线也是用得较为普遍的一类基站天线。这种天线的优点是：增益高、密封性能可靠以及
下倾角选择：由于市区的天线倾角调整相对频繁，且有的天线需要设
置较大的倾角，而机械下倾不利于干扰控制，所以建议选用预置下倾 角天线。可以选择具有固定电下倾角的天线，条件满足时也可以选择 电调天线。
基站天线的选型
2、郊区农村基站天线选择
应用环境特点：基站分布稀疏，话务量较小，要求广覆盖。有的地方周围只有 一个基站，覆盖成为最为关注的对象，这时应结合基站周围需覆盖的区域来考虑天 线的选型。 天线选用原则：
面状天线
八木天线
八木定向天线，具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。因此，它特别适用 于点对点的通信，例如它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型。 八木定向天线的单元 数越多，其增益越高，通常采用 6 --- 12 单元的八木定向天线，其增益可达 10---15 dB 。
三、天线的基本分类
天线基础知识内容提要
一、天线的原理
二、表征天线性能的主要参数
三、天线的基本分类
四、各类型天线特点及应用场景
一、天线的原理
？什么是天线：
天线是无线电波的发射和接收装置。
？天线的作用是什么：
• 把导线上传来的电信号转化为无线电波发射到空间。 • 收集空间内的无线电波并将其转化为电信号。 • 将传输线中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波，或反之将自由空间
按极化方向划分
全向天线
单极化定向天线
双极化定向天线
全向天线
全向天线，指天线的辐射在水平面上360°均匀 辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直面 上表现为有一定宽度的波束。 全向天线一般用在话务量极低的农村或郊野某 些较空旷的场合，一般采用全向11dBi天线。
水平面
垂直面
定向单极化天线 定向单极化天线是一种在空间特定方向上具有 比其它方向上能更有效地发射或接收电磁波强 度的天线。单极化天线进行空间分集时，一个 扇区需要安装需要两幅天线，一副只用于发射 ，接收时两副同时工作。为保证分集接收效果 ，两副天线在安装时需平行且在同一平面上。 定向单极化一般也应用于较空旷的区域，以保 证空间分集接收获得良好的效果。
基站天线的选型
3、公路覆盖基站天线选择
应用环境特点：该环境下话务量低、用户高速移动、此时重点解决的是覆盖问题。一般来
说它要实现的是带状覆盖，故公路的覆盖多采用双向小区；在穿过城镇，旅游点的地区也综 合采用全向小区；再就是强调广覆盖，要结合站址及站型的选择来决定采用的天线类型。不 同的公路环境差别很大，一般来说有较为平直的公路，如高速公路、铁路、国道、省道等等， 推荐在公路旁建站，采用S1/1/1、或S1/1站型，配以高增益定向天线实现覆盖。有蜿蜒起伏 的公路如盘山公路、县级自建的山区公路等等。得结合在公路附近的乡村覆盖，选择高处建 站。在初始规划进行天线选型时，应尽量选择覆盖距离广的高增益天线进行广覆盖。
天线增益下降3 分贝范围内的频带宽度。
在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的频 带宽度就是天线的驻波比SWR不超过1.5
三、天线的基本分类
按辐射方向划分
全向天线：即在
水平方向图上表现 为360°都均匀辐 射，也就是平常所 说的无方向性。
定向天线：即在
水平方向图上表现 为一定角度范围辐 射，也就是平常所 说的有方向性。
鞭状天线
使用寿命长等特点，一般被使用在室外基站，但由于其覆盖无方向性限制，出于性价比的考虑通
常应用于覆盖没有明显的方向性要求，基站周围话务分布比较分散的区域。
室内吸顶天线必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。天线的内部结构，虽然尺寸
帽形天线
很小，但由于是在天线宽带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调 试，所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求， 故首选作为室内覆盖用天线。 从性能价格比出发，人们常常选用栅状抛物面天线作为直放站施主天线。由于抛物面具有良好 的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，直径为 1.5 m 的栅状抛物面天线，在900兆频段，其增 益即可达 G = 20 dB . 它特别适用于点对点的通信，例如它常常被选用为直放站的施主天线。
天线；
半功率波束宽度的选择：为了能更好地控制小区的覆盖范围来抑制干
扰，市区天线水平半功率波束宽度选60~65°；
天线增益的选择：由于市区基站一般不要求大范围的覆盖距离，因此
建议选用中等增益的天线。建议市区天线增益选用15-18dBi增益的天 线。若市区内用作补盲的微蜂窝天线增益可选择更低的天线；
2.15dBi
一个天线与各向同性辐射器相比较的 增益用“dBi”表示
对称振子的增益为2.15dBi
6.天线的工作带宽
天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向
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（频带
宽度）内工作的。
天线的频带宽度有两种不同的定义： 在驻波比SWR ≤1.5 为参考的增益
0dBd
带反射板的半波振子
180
3dBd
带反射板的两个半波振子
板 状 天 线 增 益 与 水 平 波 瓣 宽 度
90
6dBd
理论辐射图
5. dBd 和 dBi的区别