天线基本知识

后瓣
下部零陷
副瓣电平
在天线的主平面方向图中，除了主瓣之外，把比主 瓣小的所有辐射瓣都叫副瓣，把紧邻主瓣的副瓣叫第一 副瓣。在归一化dB方向图中副瓣电平均为－dB. 不管是在微蜂窝基站中使用的全向天线还是定向板 状天线，当主波束下倾时，上第一副瓣会越区造成干扰， 因而要用赋形技术来抑制上第一副瓣电平。 上旁瓣 主瓣
波。 实际通信中，收发天线之间要得到最大功率传输， 不仅要求收发天线均与馈线匹配，而且要求收发天线极 化方向必须一致，收发天线极化一致也叫做极化匹配。
对线极化天线，发射天线用垂直极化，那么接收天线也
必须用垂直极化.
天线的输入阻抗（VSWR）
把天线输入端的电压（V）与电流（I）之比定义为 天线的输入阻抗：Zin＝v/I 由于基站的输出阻抗为50Ω ，常用50Ω 同轴电缆连 基站与天线，为了实现最佳阻抗匹配，希望天线的输 入阻抗为50Ω 纯电阻。但天线的实际阻抗并不完全等 于50Ω ，且含有电抗分量。 工程中常用电压驻波比（VSWR）来表示天线的阻 抗特性。如果VSWR＝1，则表示完全匹配， 即zin=50Ω
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。
天线的辐射
平行双线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射， 辐射的能力与导线的长短和形状有关。 如果导线位置如下图所示，由于两导线的距离很近， 电流方向相反，两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消， 因而辐射很微弱。
风耳。如果没有天线，再先进的雷达，也无法发现几千米 之外的目标；洲际导弹，如果没有天线，就会失去遥控， 乱飞乱炸。 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。
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，
后瓣
下部零陷
前／后比（F／B）
在水平面或垂直面方向图中，把天线在前向 （Φ ＝0°）(最大辐射方向)辐射功率P（Φ ＝0°）与 后向（Φ ＝180°± 30°）最大辐射功率Pmax（Φ ＝ 180°± 30°）之比定义为天线的前后辐射比。 （F／B）（dB）=10lgр(Ψ＝0°)/ Pmax （Ψ＝180°±30°） 在归一化dB方向图中，前后比就是后向Ψ＝150°~ Ψ＝210°范围内的最大副瓣电平的-dB数。 上旁瓣 主瓣
后瓣
下部零陷
天线的增益
增益是天线极为重要的参数，它表示空间能量的 集中程度。 常用dB表示天线增益的大小。 常用两种方法定义天线的增益。 ①相对理想点源（各向同性辐射体）其单位用 dBi表示； ②相对半波偶极子，其单位用dBd表示。 由于自由空间半波长偶极子的增益为2.15dBi， 故dBd比dBi大2.15dB。
h
f h fl f0
%
式中:f --天线的最高工作频率 f --天线的最低工作频率 f --中心工作频率
l 0
天线的工作带宽
天线的相对带越宽，制作天线的难度就越大，所以 对相对带宽比较宽的天线适当降低对天线VSWR的要求 是科学的，也是符合实际的，不要一味地什么天线都追
求低的VSWR，因为天线的VSWR≤2对用户不会产生大
dBd和 dBi的区别
一个单一对称振子具有面包 圈形的方向图辐射
一个各向同性的辐射器在所 有方向具有相同的辐射
对称振子的增益为2.17dB
一个天线与对称振子相比较的增益 用“dBd”表示 一个天线与各向同性辐射器相比较的 增益用“dBi”表示 例如: 3dBd = 5.17dBi
天线的极化
天线的极化就是它辐射无线电波中电场的极化。 天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向。
与方向图有关的几个参数
◇ 主瓣（半功率波束宽度HPBW）
◇ 副瓣（上第一副瓣）
◇ 零深（下第一个零深）
◇ 前／后比（F／B比）
天线的方向图
上旁瓣
主瓣
后瓣
下部零陷
波瓣宽度
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。
3dB 波束宽度 - 3dB点 峰值 - 3dB点 Peak - 3dB 15° (eg) Peak Peak - 3dB 32° (eg) 10dB 波束宽度 - 10dB点 120° (eg) 峰值 - 10dB点 Peak - 10dB Peak Peak - 10dB
电缆 50 ohms 天线 50 ohms 80 ohms
天线的输入阻抗（VSWR）
电压驻波比反应输入到天线的能量的反射，驻 波比越大，从天线发射回的能量也越多。
朝前: 10W
50 ohms
返回: 0.5W
80 ohms
9.5 W
天线的工作带宽
把天线电参数（如VSWR、增益、方向图等）不超 过用所允许值的频率称作天线的工作带宽。 工程中，人们习惯把VSWR小于某些给定值的频段 定义为天线的工作带宽。 例如以VSWR≤1.5来定义天线的工作带宽。常用相 对带宽（BW%）来表征天线的带宽。 BW%=
的影响，但却大大增加了天线制造商的困难及成本。
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。
天线的方向图
主平面方向图
在工程上为了方便表示起见，常用两个相互正交主 平面上的剖面图来表示天线的方向图。 E面方向图（电场矢量与传播方向构成的平面）
垂直面方向图
H面方向图（磁场矢量与传播方向构成的平面） 水平面方向图
垂直极化
水平极化
+ 45度倾斜的极化
- 45度倾斜的极化
双极化天线
两个天线为一个整体 传输两个独立的波
V/H (垂直/水平)
倾斜 (+/- 45°)
交叉极化
天线可能在非预定的极化上产生不需要的极化分量。 例如：水平极化天线，也可能产生垂直极化分量，把这
种不需要的极化波就称作交叉极化波，也可做正交极化
波长×频率=真空中的光速（常数）
二、常用天线性能指标介绍
天线的主要电参数
１对单极化天线

2 对双极化天线



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）
除具有单极化天线的电参数 外还具有 隔离度 交叉极化比
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。
天线的辐射
如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同， 由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。
天线的辐射
当张开部分的导线长度远小于波长时，导线的电流 很小，辐射很微弱；当导线的长度增大到可与波长相差 不是太远时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成 较强的辐射。因此，天线尺寸与波长相关，即与频率相 关，频率越高，天线尺寸越小。
60° (eg)
半功率波束宽度（HPBW）
定义：在主平面（E面或H面）方向图中把功率下
降一半的波束宽度叫半功率波束宽度。 在场强方向图中，场强下降0.707倍所夹的角度； 在归一化dB方向图（最大值为０dB）中，-3dB所 夹的角度。
零 深
主瓣与副瓣、副瓣与副瓣之间的凹点叫零深。 把主瓣与第一副瓣之间的凹点叫第一零深，在 移动通信中，由于下第一个零深会影响通信，所以往 往采用赋形天线技术来填零。 上旁瓣 主瓣
天线基本概念
2009 年 7 月
目
天线接收和发射信号的原理
1
录
常用天线性能指标介绍
2
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一、天线信号接收和发射原理
什么是天线？

把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…... 收集无线电波并产生电信号
B la h b la h b la h b la h
天线的作用
天线尤如人的耳目一样重要。无线设备的千里眼、顺