天线的主要技术和发展趋势PPT精选文档
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实际的电磁波传播并非在理想的自由空间 进行，而在一定的媒介中传输，不同的 媒介对无线电波影响是不一样的，在通常 的传输距离上，电波传播的损耗也是非 长大的。 电波传播分析
6
天线发展史
• 最早的发射天线是H.R.赫兹在1887年为了验证J.C.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。自从这副天线 产生以后，天线的发展大致分为四个历史时期。
11
（1.1）小型化天线技术
• 天线小型化有两种实现方式。第一种是通过优化天线设计方
案，实现服务区外电平快速下降、压低旁瓣和后瓣，降低交叉极 化电平，采用低损耗、无表面波寄生辐射、低VSWR的馈电网络 等途径提高天线辐射效率，从而实现同等增益下天线体积的缩小。
这种方式天线的性能指标不变，但是限于技术难度，体积下降程
•
目前移动通信天线通过第一种方式实现一定程度的小型化，业 12
⑵多制式天线
• 未来多种制式共用一面超宽带天线，不仅天线工作频段覆盖 多个制式，而且可以根据系统的不同要求实现每一个制式的独立 调节。多制式天线的应用将节省建站成本和资源，灵活满足每种 制式的网络覆盖要求。
13
（2.2）多制式天线应用
天线的主要技术和发展趋势
组员
1
天线概念
• 天线的基本功能是辐射和接收无线电波。发射时，把高频电 流转换为电磁波；接收时，把电磁波转换为高频电流。天线的一 般原理是：当导体上通以高频电流时，在其周围空间会产生电场 与磁场。按电磁场在空间的分布特性，可分为近区、中间区、远 区。设R为空间一点到导体的距离，是高频电流信号的波长，在R ＜λ／2π时的区域称近区，在该区内的电磁场与导体中电流、电 压有紧密的联系；在R＞A／2π的区域称为远区，在该区域内电磁 场能离开导体向空间传播，它的变化相对于导体上的电流、电压 就要滞后一段时间，此时传播出去的电磁波已不与导线上的电流、 电压有直接的联系了，这区域的电磁场称为辐射场。
• 承袭者温顿（Raoul Windom）发现跷跷板放上不同重量的物体，9
1未来天线技术发展预测
• 从无线网络发展趋势及运营商面临的各种挑战来看，天线技 术未来的发展基本遵循以下几个方向
10
⑴天线体积小型化
• 天线性能基本不变的条件下，减小天线的体积。小型化是一 个基础性技术，是天线永恒的发展方向。
• 几个月后，21岁的意大利小伙子马可尼试验成功了自己的火 花式收发信机。为加大发射距离，他用一大片金属接在发射机火 花隙的一端，并高高地挂在树上，火花隙的另一端则接在地上， 电波的强度竟增加数倍，收发距离达数公里。自从有了天地线之 后，马可尼的研究进度神速，效果惊人。终于在1899年3月，成 8
天线发展趣谈
度有限，实现难度比较大而且成本较高。第二种实现方式是通过
降低天线的增益来实现体积的减小。这种方式的体积下降明显， 增益每降3 dB体积就会缩小一半，比较容易实现，但是小型化之 后增益指标的下降会限制天线的应用范围。为保证天线小型化后
的性能满足不同场景的应用需求，未来天线小型化技术应在第一 种实现方式上发展。
2
天线的主要技术
• 1 首先天线要有一个电磁开放系统。天线应尽可能的完成导波 能量与电磁波能量的相互转换。
• 2 天线与发射机或接收机匹配。 • 3 天线要具有方向性。电磁波尽可能集中于确定方向上，或对
确定方向的来波最大限度接受。 • 4 天线有适当的极化，能发射或接受规定极化的电磁波。 • 5 应有足够的工作频带。
智能天线采用空分复用(SDMA)，利用在信号传播方向上的差别， 将同频率、同时隙的信号区分开来。它可以成倍地扩展通信容量， 并和其他复用技术相结合，最大限度地利用有限的频谱资源。另外 在移动通信中，由于复杂的地形、建筑物结构对电波传播的影响， 大量用户间的相互影响，产生时延扩散、瑞利衰落、多径、共信道 干扰等，使通信质量受到严重影响。采用智能天线可以有效的解决 这个问题。
• ① 线天线时期 • ② 面天线时期 • ③ 从第二次世界大战结束到50年代末期：微波中继通信、对流层
散射通信、射电天文和电视广播等工程技术的天线设备有了很大 发展，建立了大型反射面天线。 • ④ 50年代以后。卡塞格伦天线的出现，天线塔等等
7
天线发展趣谈
• 1894年，35岁的俄国青年波波夫组装了一台电磁波接收机。 在一次实验中，波波夫发现金属屑检波器的灵敏度异常高，接收 电磁波的距离比平时有明显增加。他没放过这个异常现象，仔细 检查后发现，有一根导线搭在检波器上。很明显，这根导线增强 了检波器的接收能力。波波夫真是喜出望外，提高机器的灵敏度， 增加传收距离的愿望竟在无意中实现了。从目前笔者了解的信息 来看，他使用的这根导线是世界上第一根天线。
• 回到家后，戴柏马上拿了一条导线接上机器，狮子都能很快地保 持平衡，于是突发奇想：如果天线也能保持平衡，效果会怎样呢？ 回到家后，戴柏马上拿了一条导线接上机器外壳，另一条导线则 接到发射机输出，把两根导线对称摆开，这就成为一组新的天线。 感谢上帝，这种平衡天线非常好用！这就是大名鼎鼎的“双偶极” （DIPOLE）天线，为了纪念戴柏，而以他的名字来命名。接下来 的发明人是无线电爱好者崔伯 （Von Trap）。由于家里空间不够 大，无法架设双偶极天线，所以他沿着天线，每隔几英尺左右就 绕几个圈，好把过长的部分缠绕起来，并且在缠绕的电感上并联 电容，这就是“崔伯双偶极天线” (TRAP DIPOLE)，也叫陷波式偶 极天线。
• 多制式天线就是让不同通信系统共用一副天线，以便有效地 节约安装空间。多制式天线的实现主要是通过在天线内部合理的 放置辐射单元实现天线工作频段的宽带化，以及通过信号合路和 分路实现不同频段信号的调节和控制，如图1所示
14
⑶天线功能模式向智能化功能方向发展。ຫໍສະໝຸດ Baidu
自1997年来，第三代移动通信技术逐渐成为国内外移动通信领 域的研究热点，并迅速催生出第四代移动通信技术，而智能天线正 是第三代第四代移动通信系统的关键技术之一。
3
1 线天线
• 基本振子可以认为是辐射电磁波的最小单元，任意线天线均可以 看成有一系列基本振子构成。
• 基本振子的辐射 • 天线的电参数
4
2 面天线
• 面天线用在无线电频谱的高频段，尤其是微波波段。这类天线所 载的电流是分布在金属面上的，金属面的口径尺寸远大于工作波 长。
• 面天线的分析方法
5
3 电波传播
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天线发展史
• 最早的发射天线是H.R.赫兹在1887年为了验证J.C.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。自从这副天线 产生以后，天线的发展大致分为四个历史时期。
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（1.1）小型化天线技术
• 天线小型化有两种实现方式。第一种是通过优化天线设计方
案，实现服务区外电平快速下降、压低旁瓣和后瓣，降低交叉极 化电平，采用低损耗、无表面波寄生辐射、低VSWR的馈电网络 等途径提高天线辐射效率，从而实现同等增益下天线体积的缩小。
这种方式天线的性能指标不变，但是限于技术难度，体积下降程
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目前移动通信天线通过第一种方式实现一定程度的小型化，业 12
⑵多制式天线
• 未来多种制式共用一面超宽带天线，不仅天线工作频段覆盖 多个制式，而且可以根据系统的不同要求实现每一个制式的独立 调节。多制式天线的应用将节省建站成本和资源，灵活满足每种 制式的网络覆盖要求。
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（2.2）多制式天线应用
天线的主要技术和发展趋势
组员
1
天线概念
• 天线的基本功能是辐射和接收无线电波。发射时，把高频电 流转换为电磁波；接收时，把电磁波转换为高频电流。天线的一 般原理是：当导体上通以高频电流时，在其周围空间会产生电场 与磁场。按电磁场在空间的分布特性，可分为近区、中间区、远 区。设R为空间一点到导体的距离，是高频电流信号的波长，在R ＜λ／2π时的区域称近区，在该区内的电磁场与导体中电流、电 压有紧密的联系；在R＞A／2π的区域称为远区，在该区域内电磁 场能离开导体向空间传播，它的变化相对于导体上的电流、电压 就要滞后一段时间，此时传播出去的电磁波已不与导线上的电流、 电压有直接的联系了，这区域的电磁场称为辐射场。
• 承袭者温顿（Raoul Windom）发现跷跷板放上不同重量的物体，9
1未来天线技术发展预测
• 从无线网络发展趋势及运营商面临的各种挑战来看，天线技 术未来的发展基本遵循以下几个方向
10
⑴天线体积小型化
• 天线性能基本不变的条件下，减小天线的体积。小型化是一 个基础性技术，是天线永恒的发展方向。
• 几个月后，21岁的意大利小伙子马可尼试验成功了自己的火 花式收发信机。为加大发射距离，他用一大片金属接在发射机火 花隙的一端，并高高地挂在树上，火花隙的另一端则接在地上， 电波的强度竟增加数倍，收发距离达数公里。自从有了天地线之 后，马可尼的研究进度神速，效果惊人。终于在1899年3月，成 8
天线发展趣谈
度有限，实现难度比较大而且成本较高。第二种实现方式是通过
降低天线的增益来实现体积的减小。这种方式的体积下降明显， 增益每降3 dB体积就会缩小一半，比较容易实现，但是小型化之 后增益指标的下降会限制天线的应用范围。为保证天线小型化后
的性能满足不同场景的应用需求，未来天线小型化技术应在第一 种实现方式上发展。
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天线的主要技术
• 1 首先天线要有一个电磁开放系统。天线应尽可能的完成导波 能量与电磁波能量的相互转换。
• 2 天线与发射机或接收机匹配。 • 3 天线要具有方向性。电磁波尽可能集中于确定方向上，或对
确定方向的来波最大限度接受。 • 4 天线有适当的极化，能发射或接受规定极化的电磁波。 • 5 应有足够的工作频带。
智能天线采用空分复用(SDMA)，利用在信号传播方向上的差别， 将同频率、同时隙的信号区分开来。它可以成倍地扩展通信容量， 并和其他复用技术相结合，最大限度地利用有限的频谱资源。另外 在移动通信中，由于复杂的地形、建筑物结构对电波传播的影响， 大量用户间的相互影响，产生时延扩散、瑞利衰落、多径、共信道 干扰等，使通信质量受到严重影响。采用智能天线可以有效的解决 这个问题。
• ① 线天线时期 • ② 面天线时期 • ③ 从第二次世界大战结束到50年代末期：微波中继通信、对流层
散射通信、射电天文和电视广播等工程技术的天线设备有了很大 发展，建立了大型反射面天线。 • ④ 50年代以后。卡塞格伦天线的出现，天线塔等等
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天线发展趣谈
• 1894年，35岁的俄国青年波波夫组装了一台电磁波接收机。 在一次实验中，波波夫发现金属屑检波器的灵敏度异常高，接收 电磁波的距离比平时有明显增加。他没放过这个异常现象，仔细 检查后发现，有一根导线搭在检波器上。很明显，这根导线增强 了检波器的接收能力。波波夫真是喜出望外，提高机器的灵敏度， 增加传收距离的愿望竟在无意中实现了。从目前笔者了解的信息 来看，他使用的这根导线是世界上第一根天线。
• 回到家后，戴柏马上拿了一条导线接上机器，狮子都能很快地保 持平衡，于是突发奇想：如果天线也能保持平衡，效果会怎样呢？ 回到家后，戴柏马上拿了一条导线接上机器外壳，另一条导线则 接到发射机输出，把两根导线对称摆开，这就成为一组新的天线。 感谢上帝，这种平衡天线非常好用！这就是大名鼎鼎的“双偶极” （DIPOLE）天线，为了纪念戴柏，而以他的名字来命名。接下来 的发明人是无线电爱好者崔伯 （Von Trap）。由于家里空间不够 大，无法架设双偶极天线，所以他沿着天线，每隔几英尺左右就 绕几个圈，好把过长的部分缠绕起来，并且在缠绕的电感上并联 电容，这就是“崔伯双偶极天线” (TRAP DIPOLE)，也叫陷波式偶 极天线。
• 多制式天线就是让不同通信系统共用一副天线，以便有效地 节约安装空间。多制式天线的实现主要是通过在天线内部合理的 放置辐射单元实现天线工作频段的宽带化，以及通过信号合路和 分路实现不同频段信号的调节和控制，如图1所示
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⑶天线功能模式向智能化功能方向发展。ຫໍສະໝຸດ Baidu
自1997年来，第三代移动通信技术逐渐成为国内外移动通信领 域的研究热点，并迅速催生出第四代移动通信技术，而智能天线正 是第三代第四代移动通信系统的关键技术之一。
3
1 线天线
• 基本振子可以认为是辐射电磁波的最小单元，任意线天线均可以 看成有一系列基本振子构成。
• 基本振子的辐射 • 天线的电参数
4
2 面天线
• 面天线用在无线电频谱的高频段，尤其是微波波段。这类天线所 载的电流是分布在金属面上的，金属面的口径尺寸远大于工作波 长。
• 面天线的分析方法
5
3 电波传播