天线基本原理及应用.共44页
雷达阵列天线介绍
■开课目的“阵列天线分析与综合”是电子信息工程专业电磁场与微波通信方向的专业选修课程。
课程的任务是使学生掌握阵列天线的基本理论、基本分析与综合方法，掌握单脉冲阵列、相控阵扫描天线的基本理论和概念、以及阵列天线的优化设计思想，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后从事天线理论研究、工程设计和开发工作打下良好的基础。
■课程要求●约有五次作业●考核平时成绩占20％。
包括平时作业，出勤情况。
期末考试成绩占80％(一页纸开卷)雷达阵列天线简介1、“AN/SPY—1”S波段相控阵雷达是海军“宙斯盾”(Aegis)武器系统中的一部分，由RCA公司研制。
它有四个相控阵孔径，提供前方半空间很大的覆盖范围。
接收时它使用带68个子阵的馈电系统，每个子阵包含64个波导辐射器，总共有68×64＝4352个单元。
发射时，子阵成对组合，形成32个子阵，每个子阵128个单元，总共32×128＝4096辐射单元。
移相器为5位二进制铁氧体移相器，直接向波导辐射器馈电。
为了避免相位量化误差引起的高副瓣电平，后来移相器改为7位二进制移相器，合成的相控阵由强制馈电功分网络馈电，辐射单元也改为4350个，单脉冲的和、差波瓣及发射波束均按最佳化设计。
AN/SPY—1天线正在进行近场测试(RCA公司电子系统部提供)目前该系统安装在导弹巡洋舰上导弹巡洋舰上的AN/SPY—1系统2、爱国者(PATRIOT)多功能相控阵雷达是Raytheon公司为陆军研制的一种多功能相控阵雷达系统。
其天线系统使用光学馈电的透镜阵列形式。
和差波瓣分别通过单脉冲馈源达到最佳。
孔径呈圆形，包含大约5000个单元，采用4位二进制铁氧体移相器和波导型辐射器单元。
它安装在车辆上，并可平叠以便于运输。
爱国者多功能相控阵雷达天线(Raytheon公司提供)3、机载预警和控制系统(AW ACS)世界上第一个具有超低副瓣的作战雷达天线是由西屋电气公司为AWACS 系统研制的。
第4章-大尺度衰落
习题
假定某接收机灵敏度为－100dBm，接收 机输入阻抗为50Ω，不考虑天线损耗，试 计算以dBμV计的接收机灵敏度。 (答案：7dB μV) ， 相当于2.23 μV 10－10mW =10－13W
7
无线电波传播概述
信道特性的分类：
恒参信道 随参信道
信道的传播模型（以波长或时间为参考 值）
，其中D为天线长度。
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自由空间的电波传播
所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空 时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自 由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收， 也不会产生反射或散射。实际情况下，只要地 面上空的大气层是各向同性的均匀媒质，其相 对介电常数ε和相对导磁率μ都等于1，传播路 径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面反 射信号场强也可以忽略不计，在这样情况下， 电波可视作在自由空间传播。
自由空间传播损耗为：
4d 4d PL(dB) 10lg (dB) (dB) 20lg
2
或
PL(dB) = 32.44+20lg d(km)+20lg f(MHz)
式中，d的单位为km，频率单位以MHz计。
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习题：f=900MHz，d=10km，计算 PL(dB)； f=2.4GHz，d=100m，计算 PL(dB)；
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4）天线的有效面积（口径，Ae）
天线的有效面积Ae：
D2 Ae 4
其中，D为天线的方向因子，对于无损耗天 线，G＝D。则，
G 4Ae
2
2 Ae G 4
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远场条件
天线远场区指离天线足够远的区域。在远场处， 球面波看上去像平面波。之所以发生这种“局 部平面波行为”是因为：此时，球面波曲率半 径是如此之大，在局部区域的相位波前近似为 平面。满足条件时，可以将电磁波的传播看作 像光线那样的射线传播。具体的条件由远场距 离（df）确定为： 2D2 df
天线基本原理及常用天线介绍ppt课件
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。
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。
.
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
峰值 - 3dB点
Peak - 3dB
10dB 波束宽度 - 10dB点
120° (eg)
峰值
- 10dB点
Peak - 10dB
15° (eg)
Peak
32° (eg)
Peak
Peak - 3dB
俯仰面即. 垂直面方向图
Peak - 10dB
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
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
天线匹配指标
驻波比 隔离度
天线辐射特性指标
与国际接轨的 天性辐射特性
增益
主瓣波束宽度
第一副瓣抑制
前后比
交叉极化比
轴向 ±30
波束效率
3dB 10dB
杂散因子
3dB 10dB
.
≤1.4
天线设计(改)
折叠分支结构三频平面倒F天线(PIFA)设计S1008006 徐丽1.PIFA天线简介天线分为内置与外置，外置主要使用螺旋或者PCB，螺旋天线一般带宽比较好也比较常用，PCB 天线比较容易调频率易于设计，但爱立信有两项重要专利，所以在欧美市场上很少其他厂商使用。
还有一种假内置天线，其实就是外置天线的内置，性能相对比较差，一般不推荐使用。
内置天线而言，主要是PIFA与MONOPOLE天线。
平面倒F天线(PIFA)因其具有尺寸小，重量轻且后向辐射小等优点而成为目前内置天线的主要形式。
PIFA的结构示意图如下：图1 PIFA结构示意图PIFA的演变过程可以从技术和理论两个不同的方面考虑。
从技术方面来说，它是由单极天线演变而来；从理论方面，PIFA可以由微带天线理论发展而来。
下面详细介绍。
1)由单极天线演变而来传统的手机天线一般是单极或偶极天线，制作简单，但尺寸较大不易共形。
将单极子折倒形成倒L天线。
倒L天线剖面较低，也有着比较好的全向辐射特性。
但由于将振子折倒从而形成了对地电容分量，其输人阻抗呈现低阻值高阻抗的特性，难以进行阻抗匹配。
为了平衡倒L天线由于振子折倒而形成的对地容抗分量，在振子弯折处加载短路结构。
该短路结构所具有的感性分量补偿振子弯折所形成的对地容性分量，从而在不改变天线谐振频率的同时，达到变换阻抗的目的。
但是由于线形倒F天线频带窄，通常不到中心频率的百分之一，为了展宽频带，用平板结构来代替导线部分。
由于平面部分相当于许多线形天线阻抗的并联，因此平面型天线比线形天线的输入阻抗要低一些，产生了宽带的谐振特性。
从而形成了平面倒F天线。
上述内容可用图2生动表示：图2 PIFA的演变过程2)由微带天线演变而来平面倒F天线也可以看作是从矩形微带天线发展而来的，其典型结构包括一个矩形金属片（辐射贴片）、一个接地板（通常是电路板），采取同轴线馈电或微带馈电。
另外考虑到宽频、小型化等特性要求，还要有一个置于矩形辐射贴片短边边缘处的短路金属片（相当于短路加载）。
天线的方向图
介绍工程上采用的镜像法和反射系数法.
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元天线的镜像
三种情况的基本振子镜像
垂直基本振子的镜像电流与原电流等幅同相，即I’=I(称为正 像)；水平基本振子的镜像电流与原电流等幅反相，即I’=I(称为负像)；倾斜基本振子的镜像电流取向相反，镜像电流
的垂直和水平分量分别为原电流对应分量的正像和负像
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对于有限长度的对称振子天线，通常是以垂直和水平两种 方式架设在地面上。采用镜像法时，这两种架设方式的镜 像如下图所示。
对称振子的镜像
对称振子天线上的电流为正弦分布，但是可把天线分割成许多基 本振子，有基本振子的镜像的合成便是整个天线的镜像。镜像电 流满足如下规则： (1) 垂直对称振子，其镜像点电流与原电流等幅同相； (2) 水平对称振子，其镜像点电流与原电流等幅反相。 只要确定了天线上某点对应的镜像点，其镜像电流不难确定。
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则远区的总场为
E E0 E1 E0 1 me j
可见，二元阵总场方向图由两部分相乘而得，第一部分与 单元天线的方向图函数有关；第二部分称为阵因子，它与
单元间距d、电流幅度比值m、相位差和空间方向角有
关，与单元天线的型式无关。因此得方向图相乘原理：由 相同单元天线组成的天线阵的方向图函数等于单元方向图 函数与阵因子的乘积。
E
2 E0
sin d
cos
阵因子函数只与角有关，与角无关，说明阵因子方向图关于
阵轴旋转对称
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无线通信的信道
引言（2）：无线通信信道的指标
传播衰减 －衰减的平均值 －衰减的最大值 －衰减的统计特性
传播延时 －延时的平均值 －延时的最大值 －延时的统计特性
延时扩展 －对信道色散效应的 描述 多普勒扩展 －对信道时变效应的 描述 干扰 －干扰的性质 －干扰的强度
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引言（3）：无线传播信道的模型
分隔损耗
同楼层的分隔损耗
给出不同频段、不同材料 不同分隔方式的损耗值。 如：混凝土墙在 1300MHz的损耗为8－ 15dB。
楼层间的分隔损耗
和建筑物的材料、类型、 层数、窗户及频段有关。 一层的衰减要大，而五、 六层以上的衰减很小。
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大尺度模型：室内模型（续）
对数距离路径损耗模型
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大尺度模型：室外模型（续）
Hata模型
适用频率范围150MHz 1.5GHz
根据Okumura曲线图所作的 经验公式，以市区传播损耗 为标准，并对其它地区进行 修正。
其它模型 Hata模型的PCS扩展 WalfishBertoni模型 宽带PCS微蜂窝模型
市区路径损耗的标准公式。 在1km以上的情况下，预测 结果和Okumura模型非常接 近。
对于12GHz(2.5cm) 以下的频率，大气 吸收衰减小于： 0.015dB/km。
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大气效应之二：雨雾衰减
在10GHz以下频段，雨雾衰减并不严重，一般只 有几dB。
在10GHz以上频段，雨雾衰减大大增加，达到几 dB/km。
下雨衰减是限制高频段微波传播距离的主要因 素。
度的关系
传播。
由于地球是一 个曲面，h1 天h2线
视距传播的 主要特点是 收发天线都
ArubaWLAN规划及优化培训胶片
WLAN的规划(guīhuà)
室外(shì wài)型WLAN的 规划
室内(shì nèi)型WLAN 的规划
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WLAN的规划(guīhuà)
室外型WLAN的规划
需求的汇总和剖析 条件和资源
场景勘察和剖析 产品(chǎnpǐn)选型 无线网络及相关参数规划 中心网络和管理网络规划
信道(xìn dào)优化 掩盖(yǎngài)方式优化 掩盖(yǎngài)范围优化
无线容量优化
有线容量优化
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WLAN的优化 WLAN的优化
信道(xìn dào)优化
WLAN采用公共频段，且可用的无线信道(xìn dào)较少，网络在运转时难免会发 生一些信道(xìn dào)上的抵触，这时需求停止一些无线信道(xìn dào)的优化
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WLAN的规划
室内型WLAN规划的运用案例 室外(shì wài)布放AP掩盖室内型
衡阳技师(jìshī)学院新 校区
该站点是典型的室外布放AP掩盖 室内(shì nèi)型站点，此类站点 无室分系统，室内(shì nèi)通常 也无法施工，只能在楼外停止施 工和安放设备、天线。
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WLAN的规划(guīhuà)
无线网络及相关参数规划
容量(róngliàng)设计
话务模型的预估(yù ɡū) →忙时〔峰值〕话务〔流量〕是设计的目的 →每个站点的话务量 →流量的方向
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WLAN的规划(guīhuà)
核心网络和管理网络规划
中心网结构( jiégòu)规划
(xiūjiàn)面积较小，通常每 层5-6副室内吸顶天线即可满 足掩盖要求，且主干馈线在
天馈系统介绍
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波束宽度（Beamwidth）
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。 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。
匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行 波系
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数 ， 驻 波 比 和 回 波 损第耗12，页/四共4个5页参 数 之 间 有 固 定 的 数 值 关
电压驻波比 (VSWR)
50 ohms
Forwarda: 10W Backward: 0.5W
80 ohms
9.5 W
Return Loss： 10log(10/0.5) = 13dB
4
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天线电性能参数
B lahba l h ba l hb lah
半波振子
极化方式
下倾角
三阶互调
工作频段
增益
前后比
天线口隔离
输入阻抗
方向图
波瓣抑制和零点填充
电压驻波比
波束宽度
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天线基础－半波振子( Dipoles )
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。
天线罩材料 工作与存储 结构参数
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天线抱杆 防雷
机械参数
尺寸（Dimensions）
长：与垂直波瓣、增益有关 宽：与水平波瓣有关 高：与所采用的天线技术有关