天线原理

天线原理学习总结
通过这学期对天线原理的学习，对天线有了更深层次的认识。

在无线电技术设备中，用来辐射和接受无线电波的装置称为天线。

天线和发射机、接收机一样，也是无线电技术设备的一个重要组成部分。

下面来说一下我对天线的基本认识。

一、电磁波的传播
电磁波是一种能量，生活中有许多不同类型的电磁波，包括无线电波、红外线、光线，还有X 射线和伽马射线等。

变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波。

电磁波是由电场和磁场组成的。

二、极化
极化是指天线辐射时形成的电场强度方向。

垂直极化：电场强度方向垂直于地面
水平极化：电场强度方向平行于地面
移动通信中一般采用垂直极化方式。

由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减。

而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。

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。

三、方向图
天线的辐射电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。

用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。

天线方向图是空间立体图形，但是通常应用的是两个互相垂直的主平面內的方向图，称为平面方向图。

在线性天线中，由于地面影响较大，都采用垂直面和水平面作为主平面。

在面型天线中，则采用E 平面和H 平面作为两个主平面。

归一化方向图取最大值为一。

在方向图中，包含所需最大辐射方向的辐射波瓣叫天线主波瓣，也称天线波束。

主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣或边瓣，与主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣。

四、天线的电参数 1.
天线效率定义为天线辐射功率与输入功率之比, 记为ηA ， 即
式中, Pi 为输入功率；
Pl 2.
增益系数是综合衡量天线能量转换和方向特性的参数, 它是方向系数与天1P P P P P i A +==∑∑∑η
线效率的乘积, 记为G, 即G=D·ηA
由上式可见: 天线方向系数和效率愈高, 则增益系数愈高。

3.
极化特性是指天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变化的规律。

按天线所辐射的电场的极化形式, 可将天线分为线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。

4.
当工作频率变化时, 天线的有关电参数不应超出规定的范围，这一频率范围称为频带宽度, 简称为天线的带宽。

5.
要使天线效率高, 就必须使天线与馈线良好匹配, 也就是要使天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗, 这样才能使天线获得最大功率。

6.
天线的有效长度定义如下: 在保持实际天线最大辐射方向上的场强值不变的条件下, 假设天线上电流分布为均匀分布时天线的等效长度。

有效长度是衡量天线辐射能力的一个重要指标，有效长度愈长, 表明天线的辐射能力愈强。

五、智能天线的两个性能参数
TD-SCDMA在基站端使用智能天线。

智能天线是一种基于自适应天线原理的移动通信新技术。

它结合了自适应天线技术的优点，利用天线阵列对波束的汇成和指向的控制，可以适应地调整其方向以跟踪信号的变化。

天线阵列分为规则线形阵列（ULA）和规则圆形阵列（UCA）。

1.天线增益
天线增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生信号的功率密度之比。

它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。

上面这句话有点难理解，但必须弄懂。

我旁听参加了多次新员工答辩，至少有两次问到了天线增益的问题。

提问者常常会这样问：既然天线是无源的，那它怎么能产生增益呢？其实这里所说的天线增益并不是指天线额外增加的功率，而是在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生信号的功率密度之比。

用全向天线举例。

理想的全向天线在空间辐射应该是一个标准的球体，这很容易想象；而现实中的全向天线在空间的辐射场的模型就像一个球体被压了半扁的形状。

这样一来，我们就能理解在某些方向某些点处，现实中的全向天线发出信号的功率密度肯定会大于理想的全向天线。

所以天线增益产生了。

虽然输入的功率一样，但实际天线和理想的辐射单元在空间同一点处所产生信号的功率密度是不同的。

天线增益一般用dBd和dBi两种单位。

dBi用于表示天线在最大辐射方向场强相对于全向辐射器的参考值；而相对于半波振子的天线增益用dBd表示。

两者有一个固定的dB差值，dBd＝2.15＋dBi。

增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。

智能天线有关发射功率和增益的关系可以通过下面的公式来体现：终端接收功率＝基站8天线总发射功率＋基站单天线增益＋智能天线赋形增益－（路径损耗＋阴影衰落）＋终端天线增益
基站接收功率＝终端天线发射功率＋终端天线增益＋智能天线赋形增益－（路径损耗＋阴影衰落）＋基站单天线增益
2.波瓣宽度
水平、垂直波瓣3dB宽度：在天线的水平面（垂直面）方向图上，相对于主瓣最大点功率增益下降3dB的两点之间所夹的角度，定义为天线的水平（垂直）波瓣3dB宽度。

天线辐射的大部分能量都集中在3dB波瓣宽度内，波瓣宽度的大小反映了天线的辐射集中程度。

全向天线的水平波瓣宽度均为360°，而定向天线的常见波瓣宽度有33°、65°、90°、105°、120°等多种；天线的垂直波瓣宽度一般在3°～8°之间。

天线的垂直波瓣3dB宽度与天线的增益、水平3dB宽度密不可分。

一般来说，在采用同类的天线设计技术条件下，增益相同的天线中，水平波瓣越宽，垂直波瓣越窄。

在天线选型时，为了保证对服务区的良好覆盖，在同等增益条件下，所选天线垂直波瓣3dB宽度应尽量宽些。

四、面天线
面天线通常用于微波波段，天线的辐射结构是一个面（平面或曲面），其上的辐射源是电流或电磁场。

1.惠更斯元的辐射
如同电基本振子和磁基本振子是分析线天线的基本辐射单元一样, 惠更斯元是分析面天线的基本辐射单元。

惠更斯元可视为两正交的长度为dy、大小为Hxdx的电基本振子与长度为dx、大小为Eydy的磁基本振子的组合。

2.平面口径的辐射
微波波段的无线电设备, 如抛物面天线及喇叭照射器, 它们的口径面S都是平面, 所以讨论平面口径的辐射有普遍的实用意义。

①S
设矩形口径的尺寸为D1×D2, 如图9 -5 所示。

下面讨论两种不同口径分布情形下的辐射特性。

1) 口径场沿y轴线极化且均匀分布
2) 口径场沿y轴线极化且振幅沿x轴余弦分布
②S
口径场的相位分布对天线方向性的影响。

(1) (2) 平方律相移
3.旋转抛物面天线
旋转抛物面天线是在通信、雷达和射电天文等系统中广泛使用的一种天线, 它是由两部分组成的, 其一是抛物线绕其焦轴旋转而成的抛物反射面, 反射面一
般采用导电性能良好的金属或在其它材料上敷以金属层制成; 其二是置于抛物面焦点处的馈源（也称照射器）。

总结：《天线原理》的课程已经结束了，在这一学期中，我了解到了许多关于天线的知识。

同时，老师还给我们介绍了许多课外的知识，许多关于通信、关于一些通信工程上的实际情况，这些知识打开了我们的视野，对所学专业也更加了解。

非常感谢老师在这一学期对我们的关心和教育。

我最大的感受是现在真的太多东西需要学了，不懂得的太多了。

最后，祝老师身体健康，工作顺利。