天线主要性能指标和相关知识

天线主要性能指标和相关知识

天线的主要性能指标1、方向图：

天线方向图是表征天线辐射特性空间角度关系的图形。以发射天线为例，从不同角度方向辐射出去的功率或场强形成的图形。一般地，用包括最大辐射方向的两个相互垂直的平面方向图来表示天线的立体方向图，分为水平面方向图和垂直面方向图。平行于地面在波束最大场强最大位置剖开的图形叫水平面方向图；垂直于地面在波束场强最大位置剖开的图形叫垂直面方向图。

描述天线辐射特性的另一重要参数半功率宽度，在天线辐射功率分布在主瓣最大值的两侧，功率强度下降到最大值的一半（场强下降到最大值的0.707 倍，3dB 衰耗）的两个方向的夹角，表征了天线在指定方向上辐射功率的集中程度。一般地，GSM 定向基站水平面半功率波瓣宽度为65°，在120°的小区边沿，天线辐射功率要比最大辐射方向上低9-10dB。

2、方向性参数不同的天线有不同的方向图，为表示它们集中辐射的程度，方向图的尖锐程度，我们引入方向性参数。理想的点源天线辐射没有方向性，在各方向上辐射强度相等，方向是个球体。我们以理想的点源天线作为标准与实际天线进行比较，在相同的辐射功率某天线产生于某点的电场强度平方E2 与理想的点源天线在同一点产生的电场强度的平方E02 的比值称为该点的方向性参数D=E2/E02。

3、天线增益增益和方向性系数同是表征辐射功率集中程度的参数，但两者又不尽相同。增益是在同一输出功率条件下加以讨论的，方向性系数是在同一辐射功率条件下加以讨论的。由于天线各方向的辐射强度并不相等，天线的方向性系数和增益随着观察点的不同而变化，但其变化趋势是一致的。一般地，在实际应用中，取最大辐射方

向的方向性系数和增益作为天线的方向性系数和增益。

另外，表征天线增益的参数有dBd 和dBi。DBi 是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd 相对于对称阵子天线的增益dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。

4、入阻输入阻抗输抗是指天线在工作频段的高频阻抗，即馈电点的高频电压与高频电流的比值，可用矢量网络测试分析仪测量，其直流阻抗为0Ω。一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω。

5、驻波比由于天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗不可能完全一致，会产生部分的信号反射，反射波和入射波在馈线上叠加形成驻波，其相邻的电压最大值与最小值的比即为电压驻波比VSWR。假定天线的输入功率P1，反射功率P2，天线的驻波比VSWR=（+）/（-）。一般地说，移动通信天线的电压驻波比应小于1.5，但实际应用中VSWR 应小于1.2。

6、极化方式根据天线在最大辐射（或接收）方向上电场矢量的取向，天线极化方式可分为线极化，圆极化和椭圆极化。线极化又分为水平极化，垂直极化和±45o 极化。发射天线和接收天线应具有相同的极化方式，一般地，移动通信中多采用垂直极化或±45o 极化方式。

7、双极化天线隔离度双极化天线有两个信号输入端口，从一个端口输入功率信号P1dBm，从另一端口接收到同一信号的功率P2dBm 之差称为隔离度，即隔离度=P1-P2。

移动通信基站要求在工作频段内极化隔离度大于28dB。±45o 双极化天线利用极化正交原理，将两副天线集成在一起，再通过其他的一些特殊措施，使天隔离度大于30dB。

天线常识

一、天线性能指标

（1）天线输入阻抗天线输入阻抗是天线馈电点处的电压与电流之比。通常是一个复阻抗，而且是频率的函数。

（2）驻波系数（VSWR）

驻波系数是天线馈线上的一个特征参数，它反映了天线输入阻抗与馈线特性阻抗的匹配程度，定义为馈线上最大电压与最小电压之比。

（3）增益G 在天线输入功率相同的情况下，某天线在最大辐射方向的场强平方，与一理想的无方向性的点源在相同处产生的场强平方之比，常用分贝表示。

（4）方向图天线方向图用来描述电（磁）场强度在空间的分布情况，常用般功率波瓣宽度来表示方向图的宽度。

（5）极化特性天线极化特性表示天线在最大辐射方向上电场的极化形式。可分为线极化、圆极化和椭圆极化。

注：

增益的多种表达方式

在电信网络尤其是无线通信领域里，我们经常会遇到dBm、dBi、dB、dBc等与功率有关的单位，许多维护工程师在对这些单位的理解上存在着混淆和误解，造成计算失误。下面集中辩析这几项单位，供广大电信职工参考。

1.dBm

dBm 用于表达功率的绝对值，计算公式为：

10lg(P 功率值/lmw)

[例] 如果发射功率P 为10w，则按dBm 单位进行折算后的值应为：10lg(10w/1mw)=10lg(*****)=40dBm

30DBm＝１０lg(1W/1mW)

2.dBi、dBd

dBi 和dBd 均用于表达功率增益，两者都是一个相对值，只是其参考的基准不一样。dBi 的参考基准为全方向性天线，dBd 的参考基准为偶极子，因此两者的值略有不同，同一增益用dBi 表示要比用dBd 表示大2.15。

[例]对于增益为16dBd 的天线，其增益按单位dBi 进行折算后为18.5dBi（忽略小数点后为18dBi）。

3.dB

dB 用于表征功率的相对比值，计算甲功率相对乙功率大或小多少dB 时，按下面计算公式：

10lg(甲功率/乙功率）

[例]若甲天线的增益为20dBd,乙天线的增益为14dBd,则可以说甲天线的增益比乙天线的增益大6dB。

4.dBc

dBc 也是一个表征相对功率的单位，其计算方法与dB 的计算方法完全一样。

一般来说，dBc 是相对于载波功率而言的，在许多情况下用来度量与载波功率的相对值，如度量干扰（同频干扰、互调干扰、交调干扰和带外干扰）、耦合、杂散等相对量值，在采用dBc 的地方，原则上可以使用dB 替代。

1.反射系数:P=反射波振幅/入射波振幅=传输线特性阻抗-负载阻抗/传输线特性阻抗+负载阻抗

2.行波系数:K=电压最小值/电压最大值=反射波振幅-入射波振幅/反射

波振幅+入射波振幅在传输线中因为同时存在入射波和反射波,所以在传输线上任何一点的电压都是两波振幅之和. 3.驻波比:S=电压最大值/电压最小值, 综上所述,在传输线终端有负载时,传输线输入阻抗有以下性质: 1.传输线上距离终端四分之一波长的奇数倍处的等效阻抗等于特性阻抗的平方除以终端负载. 2.传输线上距离终端二分之一波长整数处的等效阻抗等于负载阻抗.

二、天线测量方法和常用仪器（1）输入阻抗和驻波系数的测量把天线直接接至测量仪器上就可进行输入阻抗和驻波系数的测量。常用仪器有：

网络分析仪、阻抗分析仪、阻抗电桥、驻波表等。

（2）方向图的测量常用旋转被测天线法进行测量。所需仪器设备有：天线测试转台、功率信号源、场强计及辅助天线

（3）增益测量天线增益测量有比较法、射电天文法等，常用比