天线简介ppt课件

下旁瓣抑制
对于基站天线，人们常
常要求它的垂直面（即俯仰
面）方向图中，主瓣上方第
一旁瓣尽可能弱一些。这就
是所谓的上旁瓣抑制。基站
的服务对象是地面上的移动
电话用户，指向天空的辐射
是毫无意义的。
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6.天 线 倾 角
天线倾角使得无线波束向地面发射。
没有倾角
电倾角
机械倾角
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天线倾角
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七.天线的增益
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1.方向图
一个单一的对称振子具有“面包圈” 形的方向图
顶视
侧视
在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求把“面包圈” 压成扁平的
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对称振子组阵能够控制辐射能构成“扁平的 面包圈”
一个对称台振子 假设在接收机中有1mW功率
在阵中有4个对称振子 在接收机中就有4 mW功率
在这儿增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd
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1. 天线的输入阻抗
天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信 号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。 输入阻抗有电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电 抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率。 因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输 入阻抗为纯电阻。
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2. 传输线的特性阻抗
无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，用符号Ｚ。表示。同轴电缆 的特性阻抗
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多径传播与反射
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３. 电波的绕射传播
电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕 过障碍物，再向前传播。这种现象叫做电波的绕 射。超短波的绕射能力较弱，在高大建筑物后面 会形成所谓的“阴影区”。信号质量受到影响的 程度不仅和接收天线距建筑物的距离及建筑物的 高度有关，还和频率有关。
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4、移动通信信道的特点 易衰减 易受干扰，干扰强。 不稳定
1000mW (即1W)
在这种情况下的隔离为 10log(1000mW/1mW) = 30dB
1mW
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六. 天线辐射的方向性
天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁 波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线 对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线 的方向性的特性曲线通常用方向图来表示.
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。
更加集中的信号
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2.形成定向辐射的原理
反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线
天线 (顶视)
“全向阵” 例如在接收机中为4mW功率
“扇形覆盖天线 ” 将在接收机中有8mW功率
在我们的“扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。 这里, “扇形覆盖天线” 与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW) = 9dBd
波长
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２. 无线电波的极化
无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规 律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。
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3.圆极化波
如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫 作椭圆极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小 保持不变，我们就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺 时针方向旋转的叫右旋圆极化波，反时针方向旋转的叫 做左旋圆极化波。
8.0%
1.4
2.8%
0.21dB
4.7%
1.3
1.7%
0.13wk.baidu.comB
2.9%
1.2
0.8%
0.07dB
1.1%
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6.常用的基站天线、直放站天线与室内天线
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1.板状天线 无论是GSM 还是CDMA， 板状天线是用得最为普遍的一类极
为重要的基站天线。这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、 后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能可靠以及使用寿命 长。
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三.天线的工作频率范围(带宽)
在 850MHz 1/2 波长振子 最佳
在 820 MHz
在 890 MHz
天线振子
在 820 MHz 1/2 波长 为~ 180mm, 在890 MHz 为~ 170mm 175mm对~ 850MHz 将是最佳的
该天线的频带宽度 = 890 - 820 = 70MHz
波长
1/2波长 一个1/2波长的对称振子 在
800MHz 约 200mm长 400MHz 约 400mm 长
1/4波长 1/2波长
1/4波长 振子
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三.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。
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四. 自由空间中的电磁波
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电磁波的传播
振 子
电场
磁场
电场 电波传输方向
磁场
电场
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无线电波的波长、频率和传播速度的关系
可用式 λ＝Ｖ/ｆ 表示。 式中，Ｖ为速度，单位为米/秒；ｆ 为频率，单位为赫兹；λ为波长，单位为 米。 由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是 不同的，因此波长也不一样。 我们通常使用的聚四氟乙烯型绝缘同轴射频电缆其相对介电常数ε约为2.1，因 此，Ｖε≈Ｃ/1.44 ，λε≈λ/1.44 。
Ｚ。＝〔138/√εr〕×log(D/d)欧姆。 通常Ｚ。=50欧姆/或75欧姆 式中，D为同轴电缆外导体铜网内径； d为其芯线外径； εr为导体间绝缘介质的相对介电常数。 由上式不难看出，馈线特性阻抗与导体直径、导体间距和导体间介质的介电常数有关 ，与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗大小无关。
板状天线也常常被用作为直放站的用户天线，根据作用扇形区 的范围大小，应选择相应的天线型号。
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板状天线高增益的形成
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板状天线高增益的形成
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2.高增益栅状抛物面天线
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3.八木定向天线
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4.室内吸顶天线
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5.室内壁挂天线
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6.美化天线
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2.电波的多径传播
电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如， 山丘、森林、地面或楼房等高大建筑物，还会 产生反射。因此，到达接收天线的超短波不仅 有直射波，还有反射波，这种现象就叫多径传 输。
方位即水平面方向图
- 3dB点
60°(eg)
峰值
- 3dB点
Peak - 3dB
15°(eg)
Peak
Peak - 3dB
俯仰面即垂直面方向图
10dB 波束宽度
- 10dB点
120°(eg)
峰值
32°(eg)
- 10dB点 Peak - 10dB
Peak
Peak - 10dB
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5.上旁瓣抑制
上旁瓣抑制
半波对称振子的增益为G = 2.15 dBi ; 4个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约 为G = 8.15 dBi ( dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源) 。 如果以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是dBd . 半波对称振子的增益为G = 0 dBd（因为是自己跟自己比，比值为1， 取对数得零值。） ； 垂直四元阵，其增益约为G = 8.15 – 2.15 = 6 dBd .
ANTENNA
天线的作用
将传输线中的高频电磁能 转成为自由空 间的电磁波，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。
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天线的分类
天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不 同要求等不同情况下使用。
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二.无线辐射电磁波的基本原理
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同轴线变化为天线
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半波振子上的场分布
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对称振子
反射波幅度 （
。）
反射系数Γ＝───── ＝───────
入射波幅度 （
。）
驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比(VSWR)
驻波波腹电压幅度最大值Ｖmax （1+Γ） sqr(正向功率）＋
驻波系数Ｓ＝────────────＝─────────
sqr(反向功率）
驻波波节电压辐度最小值Ｖmin （1-Γ） sqr(正向功率）－sqr(反向功率）
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
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3. 天线增益与方向图的关系
一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增 益越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可 用下式近似表示
G(dBi) 10 log 32000
半波振子
半功率波瓣宽度
360
以半波振子 为参考的增益
0dBd
带反射板的半波振子 180
3dBd
带反射板的两个半波振子
90
6dBd
理论辐射图
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板状天线
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2. 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
2.17dB
对称振子的增益为2.17dB
一个各向同性的辐射器在所 有方向具有相同的辐射
式中， D 为抛物面直径； λ0为中心工作波长； 4.5 是统计出来的经验数据。
3）对于直立全向天线，有近似计算式 G（ dBi ） = 10 Lg { 2 L / λ0 }
式中， L 为天线长度； λ0为中心工作波长；
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全向天线增益与垂直波瓣宽度
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9dBd全向天线
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板状天线增益与水平波瓣宽度
终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数越接近于１，匹配也就 越好。
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驻波比、反射损耗和反射系数
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电压驻波比（VSWR）对网络的影响：
VSWR 反射功率比 辐射功率减少 减少百分比
3.0
25%
2.15dB
40%
2.0
11%
0.86dB
18%
1.8
8%
0.67dB
14%
1.5
4%
0.36dB
2 0.5E 2 0.5H
反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，
故
G(dBi )
10 log
2
27000
2 0.5 E
0.5 H
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八. 关于传输线的几个基本概念
连接天线和发射（或接收）机输出（或 输入）端的导线称为传输线或馈线。传输线的 主要任务是有效地传输信号能量。当传输线的 几何长度等于或大于所传送信号的波长时就叫 做长传输线，简称长线。
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天线增益的若干近似计算式
1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益： G（ dBi ） = 10 Lg { 32000 / （ 2θ3dB,E ×2θ3dB,H ）} 式中， 2θ3dB,E与2θ3dB,H 分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度；
32000 是统计出来的经验数据。 2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益： G（ dB i ） = 10 Lg { 4.5 ×（ D /λ0）2}
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3. 前后比
对天线的前后比F / B 有要求时，其典型值为（18 ~ 30）dB， 特殊情况下则要求达（35 ~ 40）dB .
后向功率
前向功率
以dB表示的前后比
= 10 log
(前向功率) (反向功率)
典型值为 25dB 左右
目的是有一个尽可能小的反向功率
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4. 波束宽度
3dB 波束宽度
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五.天线的极化
天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向
垂直极化 + 45度倾斜的极化
水平极化
- 45度倾斜的极化
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1. 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°)
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3.(极化)隔离
隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极 化中出现的比例
1.增益的定义
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 间同一点处所产生的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。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。可以这样来理解增益的物理含义-----为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向 性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需100 / 20 = 5W . 换言之 ，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的 理想点源相比，把输入功率放大的倍数。
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3.反射系数、驻波系数与回波损耗
50 ohms
朝前: 10W 返回: 0.5W
80 ohms
9.5 W
这里的反射损耗为 10log(10/0.5) = 13dB VSWR 是反射损耗的另一种计量
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在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。两者叠加，在入射波和反射 波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅 相减为最小，形成波节。其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。这种合成波称为驻波 。反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。
5、移动通信中的通信接收技术 空间分集
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双极化天线的极化分集是利用两副天线的极化正交性来获得两个不相干 的快衰落信号，从而得到高的分级增益，然而只有在双极化天线的轴线附近 的有效角度内才能保证极化正交性，偏离轴线越远正交性就越差，从而分极 增益就越低，所以在扇区的边沿，利用双极化天线的极化正交性来获得分集 增益几乎为零，故极化分集仅适应于人口密度大、话务量、扇区小的条件下 。