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1、天线基本知识1天线天线1.1天线的作用与地位天线的作用与地位无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。设备，没有天线也就没有无线电通信。天线品种繁多，以
2、供不同频率、不同用途、不同场合、不同要天线品种繁多，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。求等不同情况下使用。对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等
3、分类。等等分类。天线的基本知识天线的基本知识1.3.4波瓣波瓣宽宽度度方向方向图图通常都有两个或多个瓣，其中通常都有两个或多个瓣，其中辐辐射射强强度最大的瓣称度最大的瓣称为为主瓣，其余的瓣称主瓣，其余的瓣称为为副瓣或旁瓣。参副瓣或旁瓣。参见图见图1.3.4a,在主瓣最大在主瓣最大辐辐射方向两射方向两侧侧，辐辐射射强强度降低度降低3dB（功率密（功率密度降低一半）的两点度降低一半）的两点间间的的夹夹角定角定义为义为波瓣波瓣宽宽度（度（又称又称波束波束宽宽度度 或或主瓣主瓣宽宽度度 或或半半功率角功率角）。波瓣）。波瓣宽宽度度越窄，方向性越好，作用距离越越窄，方向性越好，作用距离越远远，抗干，抗干
4、扰扰能力越能力越强强。还还有有一一种种波波瓣瓣宽宽度度，即即10dB波波瓣瓣宽宽度度，顾顾名名思思义义它它是是方方向向图图中中辐辐射射强强度度降降低低10dB（功率密度降至十分之一）（功率密度降至十分之一）的两个点的两个点间间的的夹夹角，角，见图见图1.3.4b.天线的基本知识天线的基本知识3dB波瓣波瓣宽宽度度-3dB点点-3dB点点10dB波瓣波瓣宽宽度度-10dB点点-10dB点点峰峰值方向方向（最大（最大辐射方向）射方向）图图1.3.4a图图1.3.4b峰峰值方向方向（最大（最大辐射方向）射方向）天线的基本知识天线的基本知识1.3.5前后比前后比方向方向图图中，前后瓣最大中，前后瓣最大
5、值值之比称之比称为为前后比，前后比，记为记为F/B。前后比越大，天。前后比越大，天线线的后向的后向辐辐射（或接收）越小。前后比射（或接收）越小。前后比F/B的的计计算十分算十分简单简单-F/B=10Lg（前向功率密度）前向功率密度）/（后向功率密度后向功率密度）对天天线的的前前后后比比F/B有有要要求求时时，其其典典型型值为（1830）dB，特特殊殊情情况况下下则要要求达（求达（3540）dB.1.3.6天天线线增益的若干近似增益的若干近似计计算式算式1）天）天线线主瓣主瓣宽宽度越窄，增益越高。度越窄，增益越高。对对于一般天于一般天线线，可用下式估算可用下式估算其增益其增益：G（dBi）=10
6、Lg32000/（23dB,E23dB,H）式中，式中，23dB,E与与23dB,H分分别为别为天天线线在两个主平面上的波瓣在两个主平面上的波瓣宽宽度；度；32000是是统计统计出来的出来的经验经验数据。数据。2）对对于于抛物面天抛物面天线线，可用下式近似，可用下式近似计计算算其增益其增益：G（dBi）=10Lg4.5（D/0）2式中，式中，D为为抛物面直径抛物面直径；0为为中心工作波中心工作波长长；4.5是是统计统计出来的出来的经验经验数据。数据。3）对对于于直立全向天直立全向天线线，有近似，有近似计计算式算式 G（dBi）=10Lg2L/0式中，式中，L为为天天线长线长度度；0为为中心工作
7、波中心工作波长长；天线的基本知识天线的基本知识1.3.7上旁瓣抑制上旁瓣抑制对对于于基基站站天天线线，人人们们常常常常要要求求它它的的垂垂直直面面（即即俯俯仰仰面面）方方向向图图中中，主主瓣瓣上上方方第第一一旁旁瓣瓣尽尽可可能能弱弱一一些些。这这就就是是所所谓谓的的上上旁旁瓣瓣抑抑制制。基基站站的的服服务务对对象象是是地地面面上上的的移移动动电话电话用用户户，指向天空的，指向天空的辐辐射是毫无意射是毫无意义义的的。天线的基本知识天线的基本知识1.3.8天天线线的下的下倾倾为为使主波瓣指向地面，安置使主波瓣指向地面，安置时时需要将天需要将天线线适度下适度下倾倾。天线的基本知识天线的基本知识垂直极
8、化垂直极化1.4天线的极化天线的极化天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化极化的情况：垂直极化-是最常用的；水平极化是最常用的；水平极化-也是要被用到的。也是要被用到的。天线的基本知识天线的基本知识水平极化水平极化EE垂直极化垂直极化1.4.1双极化天线双极化天线下图示出了另两种单极化的情况：下图示出了另两种单极化的情况：+45极化极化与与-4
9、5极化，它们仅仅在特殊场合下使用。极化，它们仅仅在特殊场合下使用。这样，共有四种单极化了，见下图。这样，共有四种单极化了，见下图。把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起，或者，把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起，或者，把把+45极化和极化和-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。双极化天线。天线的基本知识天线的基本知识水平极化水平极化+45极化极化-45极化极化EEEE下图示出了两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线，注意，双极化天线下图示出了两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线，注意，双
10、极化天线有两个接头。有两个接头。双极化天线辐射（或接收）两个双极化天线辐射（或接收）两个极化在空间相互正交（垂直）的极化在空间相互正交（垂直）的波。波。天线的基本知识天线的基本知识V/H（垂直（垂直/水平）型水平）型双双极极化化+45/-45型型双双极极化化1.4.2极化损失极化损失垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有水平极垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收，而左化特性的天线来接收。右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收，而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天
11、线来接收。旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都会变小，当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都会变小，也就是说，发生也就是说，发生极化损失极化损失。例如：当用。例如：当用+45极化天线接收垂直极化或水平极化波时，极化天线接收垂直极化或水平极化波时，或者，当用垂直极化天线接收或者，当用垂直极化天线接收+45极化或极化或-45极化波时，等等情况下，都要产生极化极化波时，等等情况下，都要产生极化损失。用圆极化天线接收任一线极化波，或者，用线极化天线接收任一圆极化波，损失。用圆极化天线接收任一线极化波，或者，用线
12、极化天线接收任一圆极化波，等等情况下，也必然发生极化损失等等情况下，也必然发生极化损失-只能接收到来波的一半能量。只能接收到来波的一半能量。当当接接收收天天线线的的极极化化方方向向与与来来波波的的极极化化方方向向完完全全正正交交时时，例例如如用用水水平平极极化化的的接接收收天天线线接接收收垂垂直直极极化化的的来来波波，或或用用右右旋旋圆圆极极化化的的接接收收天天线线接接收收左左旋旋圆圆极极化化的的来来波波时时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大极化损失为最大，称称极化完全隔离极化完全隔离。天线的基本知识天线的基本知识1.4.3极化极化
13、隔离隔离理理想想的的极极化化完完全全隔隔离离是是没没有有的的。馈馈送送到到一一种种极极化化的的天天线线中中去去的的信信号号多多少少总总会会有有那那么么一一点点点点在在另另外外一一种种极极化化的的天天线线中中出出现现。例例如如下下图图所所示示的的双双极极化化天天线线中中，设设输输入入垂垂直直极极化化天天线线的的功功率率为为10W，结结果果在在水水平平极极化化天天线线的的输输出出端端测测得得的的输输出出功功率率为为10mW。天线的基本知识天线的基本知识垂直极化，垂直极化，10W水平极化，水平极化，10mW在在这这种情况下的种情况下的极化极化隔离隔离为为X=10Lg(10,000mW/10mW)=3
14、0（dB）1.5天线的输入阻抗天线的输入阻抗Zin定定义义：天天线输线输入端信号入端信号电压电压与信号与信号电电流之比，称流之比，称为为天天线线的的输输入阻抗。入阻抗。输输入入阻抗具有阻抗具有电电阻分量阻分量Rin和和电电抗分量抗分量Xin，即，即Zin=Rin+jXin。电电抗分量的存在会抗分量的存在会减少天减少天线线从从馈线对馈线对信号功率的提取，因此，必信号功率的提取，因此，必须须使使电电抗分量尽可能抗分量尽可能为为零，也就是零，也就是应应尽可能使天尽可能使天线线的的输输入阻抗入阻抗为纯电为纯电阻。事阻。事实实上，即使是上，即使是设计设计、调试调试得很好的天得很好的天线线，其其输输入阻抗
15、中入阻抗中总还总还含有一个小的含有一个小的电电抗分量抗分量值值。输输入阻抗与天入阻抗与天线线的的结结构、尺寸以及工作波构、尺寸以及工作波长长有关，半波有关，半波对对称振子是最重要的称振子是最重要的基本天基本天线线，其，其输输入阻抗入阻抗为为Zin=73.142.5(欧欧)。当把其。当把其长长度度缩缩短（）短（）时时，就可以消除其中的，就可以消除其中的电电抗分量，使天抗分量，使天线线的的输输入阻抗入阻抗为纯电为纯电阻，此阻，此时时的的输输入阻抗入阻抗为为Zin=73.1(欧欧),（标标称称75欧）欧）。注意，。注意，严严格的格的说说，纯电纯电阻性的天阻性的天线输线输入阻抗只入阻抗只是是对对点点频
16、频而言的。而言的。顺顺便指出，半波折合振子的便指出，半波折合振子的输输入阻抗入阻抗为为半波半波对对称振子的四倍，即称振子的四倍，即Zin=280(欧欧),（标标称称300欧）。欧）。有趣的是，有趣的是，对对于任一天于任一天线线，人，人们总们总可通可通过过天天线线阻抗阻抗调试调试，在要求的工作，在要求的工作频频率率范范围围内，使内，使输输入阻抗的虚部很小且入阻抗的虚部很小且实实部相当接近部相当接近50欧，从而使得天欧，从而使得天线线的的输输入阻抗入阻抗为为Zin=Rin=50欧欧-这这是天是天线线能与能与馈线处馈线处于良好的阻抗匹配所必于良好的阻抗匹配所必须须的。的。天线的基本知识天线的基本知识
17、1.6天线的工作频率范围（频带宽度）天线的工作频率范围（频带宽度）无无论论是是发发射天射天线还线还是接收天是接收天线线，它，它们总们总是在一定的是在一定的频频率范率范围围（频带宽度）（频带宽度）内工作内工作的，天的，天线线的的频带宽度频带宽度有两种不同的定有两种不同的定义义-一种是指：在一种是指：在驻驻波比波比SWR1.5条件下，天条件下，天线线的工作的工作频带宽频带宽度；度；一种是指：天一种是指：天线线增益下降增益下降3分分贝贝范范围围内的内的频带宽频带宽度。度。在移在移动动通信系通信系统统中，通常是按前一种定中，通常是按前一种定义义的，具体的的，具体的说说，天，天线线的的频带宽度频带宽度就
18、是就是天天线线的的驻驻波比波比SWR不超不超过过1.5时时，天，天线线的工作的工作频频率范率范围围。一一般般说说来来，在在工工作作频频带带宽宽度度内内的的各各个个频频率率点点上上,天天线线性性能能是是有有差差异异的的，但但这这种种差差异造成的性能下降是可以接受的。异造成的性能下降是可以接受的。天线的基本知识天线的基本知识1.7移动通信常用的基站天线、直放站天线与室内天线移动通信常用的基站天线、直放站天线与室内天线1.7.1板状天线板状天线天线的基本知识天线的基本知识 无无论论是是GSM还还是是CDMA，板状天板状天线线是用得最是用得最为为普遍的一普遍的一类类极极为为重要的基站天重要的基站天线线
19、。这这种天种天线线的的优优点是：增益高、扇形区方向点是：增益高、扇形区方向图图好、后好、后瓣小、垂直面方向瓣小、垂直面方向图图俯角控制方便、密封性能俯角控制方便、密封性能可靠以及使用寿命可靠以及使用寿命长长。板状天板状天线线也常常被用作也常常被用作为为直放站的用直放站的用户户天天线线，根据作用扇形区的，根据作用扇形区的范范围围大小，大小，应选择应选择相相应应的天的天线线型号。型号。1.7.1a基站板状天线基本技术指标示例基站板状天线基本技术指标示例天线的基本知识天线的基本知识频频率范率范围围频带宽频带宽度度增益增益极化极化标标称阻抗称阻抗电压驻电压驻波比波比半功率波束半功率波束宽宽度度前后比前
20、后比下下倾倾角（可角（可调调）垂直面上旁瓣抑制垂直面上旁瓣抑制824-960MHz70MHz1417dBi垂直垂直50Ohm1.425dB38水平面水平面60120垂直面垂直面168-12dB互互调调110dBm 1.7.1b板状天线高增益的形成板状天线高增益的形成天线的基本知识天线的基本知识单个半波振子垂直面方向图 增益为 G=2.15 dB两个半波振子垂直面方向图 增益为 G=5.15 dB四个半波振子垂直面方向图 增益为 G=8.15 dB单个半波振子两个半波振子四个半波振子A.采用多个半波振子排成一个垂直放置的直采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵线阵天线的基本知识天线的基本知识两
21、个半波振子（带反射板）垂直面方向图两个半波振子（带反射板）水平面方向图反反射射板板 长度为L两个半半波波振振子子反反射射板板宽度为W两个半半波波振振子子两个半波振子（两个半波振子（带带反射板）反射板）在垂直面上的配置在垂直面上的配置两个半波振子（两个半波振子（带带反射板）反射板）在水平面上的配置在水平面上的配置B.在直在直线阵线阵的一的一侧侧加一加一块块反射板反射板（以（以带带反射板的二半波振子垂直反射板的二半波振子垂直阵为阵为例）例）增益为 G=1114dB天线的基本知识天线的基本知识C.为为提高板状天提高板状天线线的增益，的增益，还还可以可以进进一步采用八个半波振子排一步采用八个半波振子排
22、阵阵前面已指出，四个半波振子排成一个垂直放置的直前面已指出，四个半波振子排成一个垂直放置的直线线阵阵的增益的增益约为约为8dB；一；一侧侧加有一个反射板的四元式直加有一个反射板的四元式直线阵线阵，即常即常规规板状天板状天线线，其增益，其增益约为约为1417dB。一一侧侧加有一个反射板的八元式直加有一个反射板的八元式直线阵线阵，即加，即加长长型板状天型板状天线线，其增益，其增益约为约为1619dB.不言而不言而喻喻，加，加长长型板状天型板状天线线的的长长度，度，为为常常规规板状天板状天线线的一倍，达的一倍，达2.4m左右。左右。天线的基本知识天线的基本知识1.7.2高增益栅状抛物面天线高增益栅状
23、抛物面天线从性能价格比出从性能价格比出发发，人，人们们常常常常选选用用栅状抛物面天线栅状抛物面天线作为作为直放站施主天直放站施主天线线。由于。由于抛物面抛物面具有良好的聚焦作用，具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，所以抛物面天线集射能力强，直径直径为为1.5m的的栅状抛物栅状抛物面天线，面天线，在在900兆频段，兆频段，其增益即可达其增益即可达G=20dB.它特它特别别适用于点适用于点对对点的通信，例如它常常被点的通信，例如它常常被选选用用为为直放站的直放站的施主天施主天线线。抛物面采用栅状结构，一是为了减轻天线的重量，抛物面采用栅状结构，一是为了减轻天线的重量，二是为了减少风的阻力
24、。二是为了减少风的阻力。抛物面天线一般都能给出抛物面天线一般都能给出不低于不低于30dB的前后比的前后比，这也正是这也正是直放站系直放站系统统防自激而防自激而对对接收天接收天线线所提出的必须所提出的必须满足的技术指标。满足的技术指标。天线的基本知识天线的基本知识1.7.3八木定向天线八木定向天线八木定向天线，八木定向天线，具有具有增益增益较较高、高、结构轻巧、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。架设方便、价格便宜等优点。因此，它特因此，它特别别适用适用于点于点对对点的通信，例如它是室内分布系点的通信，例如它是室内分布系统统的室外的室外接收天接收天线线的首的首选选天天线类线类型。型。八木定向天线
25、的单元数越多，其增益越高，八木定向天线的单元数越多，其增益越高，通常采用通常采用612单元的八木定向天线，单元的八木定向天线，其增益可其增益可达达1015dB。天线的基本知识天线的基本知识1.7.4室内吸顶天线室内吸顶天线室内吸顶天线必须具有结构轻巧、外型美观、室内吸顶天线必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。安装方便等优点。现今市场上见到的室内吸顶天线，外形花色很现今市场上见到的室内吸顶天线，外形花色很多，但其内芯的购造几乎都是一样的。这种吸顶天多，但其内芯的购造几乎都是一样的。这种吸顶天线的内部结构，虽然尺寸很小，但由于是在天线宽线的内部结构，虽然尺寸很小，但由于是在天线宽带理论的基
26、础上，借助计算机的辅助设计，以及使带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能很好地满足在非常用网络分析仪进行调试，所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求，按照国家标准，在宽的工作频带内的驻波比要求，按照国家标准，在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为VSWR2。当然，能达到。当然，能达到VSWR1.5更好。顺便指出，更好。顺便指出，室内吸顶天线属于低增益天线室内吸顶天线属于低增益天线,一般为一般为G=2dB。天线的基本知识天线的基本知识1.7.5室内壁挂天线室内壁挂天线室内壁挂天线同样必须具有结构轻巧、外型美观、室内壁
27、挂天线同样必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。安装方便等优点。现今市场上见到的室内吸顶天线，外形花色很多，现今市场上见到的室内吸顶天线，外形花色很多，但其内芯的购造几乎也都是一样的。这种壁挂天线的但其内芯的购造几乎也都是一样的。这种壁挂天线的内部结构，属于空气介质型微带天线。由于采用了展内部结构，属于空气介质型微带天线。由于采用了展宽天线频宽的辅助结构，借助计算机的辅助设计，以宽天线频宽的辅助结构，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能较好地满足了工及使用网络分析仪进行调试，所以能较好地满足了工作宽频带的要求。顺便指出，室内壁挂天线具有一定作宽频带的要求。顺便指出，室
28、内壁挂天线具有一定的增益，约为的增益，约为G=7dB。2电波传播的几个基本概念电波传播的几个基本概念目前目前GSM和和CDMA移移动动通信使用的通信使用的频频段段为为：GSM：890960MHz，17101880MHzCDMA:806896MHz806960MHz频频率率范围范围属属超短波超短波范围；范围；17101880MHz频频率率范围范围属属微波微波范围。范围。电电波的波的频频率不同，或者率不同，或者说说波波长长不同，其不同，其传传播特点也不完全相同，甚至很不相同。播特点也不完全相同，甚至很不相同。天线的基本知识天线的基本知识天线的基本知识天线的基本知识2.1自由空间自由空间通信距离方程
29、通信距离方程设发射功率射功率为PT，发射天射天线增益增益为GT，工作工作频率率为f.接收功率接收功率为PR，接收天接收天线增益增益为GR，收、收、发天天线间距离距离为R，那么那么电波在无波在无环境干境干扰时，传播途中的播途中的电波波损耗耗L0 有以有以下表达式：下表达式：L0(dB)=10 Lg（PT/PR）=32.45+20 Lg f(MHz)+20 Lg R(km)-GT(dB)-GR(dB)举例例设：PT =10W=40dBmw；GR=GT=7(dBi)；f =1910MHz 问：R=500m时，PR=？解答：解答：(1)L0(dB)的的计算算 L0(dB)=32.45+20Lg 191
30、0(MHz)+20 Lg 0.5(km)-GR(dB)-GT(dB)=32.45+65.62-6-7-7=78.07(dB)（2）PR 的的计算算 PR=PT /(107.807)=10(W)/(107.807)=1(W)/(100.807)=1(W)/6.412=0.156(W)=156(mW)#顺便指出，便指出，1.9GHz电波在穿透一波在穿透一层砖墙时，大，大约损失失(1015)dB.2.1超短波和微波的传播视距超短波和微波的传播视距2.2极限直极限直视视距离距离超短波特超短波特别别是微波，是微波，频频率很高，波率很高，波长长很短，它的地表面波衰减很快，因此不能很短，它的地表面波衰减很快
31、，因此不能依靠地表面波作依靠地表面波作较远较远距离的距离的传传播。超短波特播。超短波特别别是微波，主要是由空是微波，主要是由空间间波来波来传传播的。播的。简单简单地地说说，空，空间间波是在空波是在空间间范范围围内沿直内沿直线线方向方向传传播的波。播的波。显显然，由于地球的曲率使然，由于地球的曲率使空空间间波波传传播存在一个播存在一个极限直极限直视视距离距离Rmax。在最。在最远远直直视视距离之内的区域，距离之内的区域，习惯习惯上称上称为为照明区照明区；极限直；极限直视视距离距离Rmax以外的区域，以外的区域，则则称称为为阴影区。阴影区。不言而不言而语语，利用超短波、，利用超短波、微波微波进进行
32、通信行通信时时，接收点，接收点应应落在落在发发射天射天线线极限直极限直视视距离距离Rmax内。内。受地球曲率半径的影响，极限直受地球曲率半径的影响，极限直视视距离距离Rmax和和发发射天射天线线与接收天与接收天线线的高度的高度HT与与HR间间的关系的关系为为：Rmax3.57HT(m)+HR(m)(km)天线的基本知识天线的基本知识RTRTRR接收天接收天线线高高HR发发射天射天线线高高HT 考考虑虑到到大气大气层对层对电电波的折射作用，波的折射作用，极限极限直直视视距离距离应应修正修正为为Rmax 4.12HT(m)+HR(m)(km)由于由于电电磁波的磁波的频频率率远远低于光波的低于光波的
33、频频率，率，电电波波传传播播的的有效直有效直视视距离距离Re约为约为极限直极限直视视距离距离Rmax的的70%，即，即Re=0.7Rmax.例如，例如，HT与与HR分分别为别为49m和和1.7m，则则有效直有效直视视距离距离为为Re=24 km.=24 km.2.3电波在平面地上的传播特征电波在平面地上的传播特征 由由发发射天射天线线直接射到接收点的直接射到接收点的电电波称波称为为直射波；直射波；发发射天射天线发线发出的指向地面的出的指向地面的电电波，被地面反射而到达接收点的波，被地面反射而到达接收点的电电波称波称为为反射波。反射波。显显然，接收点的信号然，接收点的信号应该应该是直射是直射波和
34、反射波的合成。波和反射波的合成。电电波的合成不会象波的合成不会象 1+1=21+1=2 那那样简单样简单地代数相加，合成地代数相加，合成结结果果会随着直射波和反射波会随着直射波和反射波间间的波程差的不同而不同。波程差的波程差的不同而不同。波程差为为半个波半个波长长的奇数倍的奇数倍时时，直射波和反射波信号相加，合成直射波和反射波信号相加，合成为为最大；波程差最大；波程差为为一个波一个波长长的倍数的倍数时时，直射波和反，直射波和反射波信号相减，合成射波信号相减，合成为为最小。可最小。可见见，地面反射的存在，使得信号，地面反射的存在，使得信号强强度的空度的空间间分布分布变变得相当复得相当复杂杂。实际
35、测实际测量指出：在一定的距离量指出：在一定的距离 R Ri i之内，信号之内，信号强强度随距离或天度随距离或天线线高度的增加都会高度的增加都会作起伏作起伏变变化；在一定的距离化；在一定的距离 R Ri i之外，随距离的增加或天之外，随距离的增加或天线线高度的减少，信号高度的减少，信号强强度将。度将。单调单调下降。理下降。理论计论计算算给给出了出了这这个个 R Ri i 和天和天线线高度高度 H HT T与与 H HR R 的关系式：的关系式：R Ri i=（4 4 H HT T H HR R）/，是波是波长长。不言而不言而喻喻，R Ri i 必必须须小于小于极限直极限直视视距离距离Rmax。天
36、线的基本知识天线的基本知识2.4电波的多径传播电波的多径传播在超短波、微波波段，在超短波、微波波段，电电波在波在传传播播过过程中程中还还会遇到障碍物会遇到障碍物(例如楼房、高大建筑例如楼房、高大建筑物或山丘等物或山丘等)对电对电波波产产生反射。因此，到达接收天生反射。因此，到达接收天线线的的还还有多种反射波（广意地有多种反射波（广意地说说，地面反射波也地面反射波也应应包括在内），包括在内），这这种种现现象叫象叫为为多径多径传传播。播。由于多径由于多径传输传输，使得信号，使得信号场场强强的空的空间间分布分布变变得相当复得相当复杂杂，波，波动动很大，有的很大，有的地方信号地方信号场场强强增增强强，
37、有的地方信号，有的地方信号场场强强减弱；也由于多径减弱；也由于多径传输传输的影响，的影响，还还会使会使电电波波的极化方向的极化方向发发生生变变化。另外，不同的障碍物化。另外，不同的障碍物对电对电波的反射能力也不同。例如：波的反射能力也不同。例如：钢钢筋筋水泥建筑物水泥建筑物对对超短波、微波的反射能力比超短波、微波的反射能力比砖墙砖墙强强。我。我们应们应尽量克服多径尽量克服多径传输传输效效应应的的负负面影响，面影响，这这也正是在通信也正是在通信质质量要求量要求较较高的通信网中，人高的通信网中，人们们常常采用空常常采用空间间分集技分集技术术或极化分集技或极化分集技术术的的缘缘由。由。天线的基本知识
38、天线的基本知识2.5电波的绕射传播电波的绕射传播在在传传播途径中遇到大障碍物播途径中遇到大障碍物时时，电电波会波会绕过绕过障碍物向前障碍物向前传传播，播，这这种种现现象叫做象叫做电电波的波的绕绕射。超短波、微波的射。超短波、微波的频频率率较较高，波高，波长长短，短，绕绕射能力弱，在高大建筑物后面信射能力弱，在高大建筑物后面信号号强强度小，形成所度小，形成所谓谓的的“阴影区阴影区”。信号。信号质质量受到影响的程度，不量受到影响的程度，不仅仅和建筑物的高度和建筑物的高度有关，和接收天有关，和接收天线线与建筑物之与建筑物之间间的距离有关，的距离有关，还还和和频频率有关。例如有一个建筑物，率有关。例如
39、有一个建筑物，其高度其高度为为10米，在建筑物后面距离米，在建筑物后面距离200米米处处，接收的信号，接收的信号质质量几乎不受影响，但在量几乎不受影响，但在100米米处处，接收信号，接收信号场场强强比无建筑物比无建筑物时时明明显显减弱。注意，减弱。注意，诚诚如上面所如上面所说过说过的那的那样样，减，减弱程度弱程度还还与信号与信号频频率有关，率有关，对对于于216223兆赫的射兆赫的射频频信号，接收信号信号，接收信号场场强强比无建比无建筑物筑物时时低低16dB，对对于于670兆赫的射兆赫的射频频信号，接收信号信号，接收信号场场强强比无建筑物比无建筑物时时低低20dB.如如果建筑物高度增加到果建筑
40、物高度增加到50米米时时，则则在距建筑物在距建筑物1000米以内，接收信号的米以内，接收信号的场场强强都将受都将受到影响而减弱。也就是到影响而减弱。也就是说说，频频率越高、建筑物越高、接收天率越高、建筑物越高、接收天线线与建筑物越近，信号与建筑物越近，信号强强度与通信度与通信质质量受影响程度越大；相反，量受影响程度越大；相反，频频率越低，建筑物越矮、接收天率越低，建筑物越矮、接收天线线与建筑与建筑物越物越远远，影响越小。，影响越小。因此，因此，选择选择基站基站场场地以及架地以及架设设天天线时线时，一定要考，一定要考虑虑到到绕绕射射传传播可能播可能产产生的各种生的各种不利影响，注意到不利影响，注
41、意到对绕对绕射射传传播起影响的各种因素。播起影响的各种因素。天线的基本知识天线的基本知识3传输线的几个基本概念传输线的几个基本概念连连接天接天线线和和发发射机射机输输出端（或接收机出端（或接收机输输入端）的入端）的电缆电缆称称为传输线为传输线或或馈线馈线。传输线传输线的主要任的主要任务务是有效地是有效地传输传输信号能量，因此，它信号能量，因此，它应应能将能将发发射机射机发发出的信号功率以最小出的信号功率以最小的的损损耗耗传传送到送到发发射天射天线线的的输输入端，或将天入端，或将天线线接收到的信号以最小的接收到的信号以最小的损损耗耗传传送到接收送到接收机机输输入端，同入端，同时时它本身不它本身不
42、应应拾取或拾取或产产生生杂杂散干散干扰扰信号，信号，这样这样，就要求，就要求传输线传输线必必须须屏屏蔽。蔽。顺顺便指出，当便指出，当传输线传输线的物理的物理长长度等于或大于所度等于或大于所传传送信号的波送信号的波长时长时，传输线传输线又叫做又叫做长线长线。3.1传输线传输线的种的种类类超超短短波波段段的的传传输输线线一一般般有有两两种种：平平行行双双线线传传输输线线和和同同轴轴电电缆缆传传输输线线；微微波波波波段段的的传传输输线线有有同同轴轴电电缆缆传传输输线线、波波导导和和微微带带。平平行行双双线线传传输输线线由由两两根根平平行行的的导导线线组组成成它它是是对对称称式式或或平平衡衡式式的的传
43、传输输线线，这这种种馈馈线线损损耗耗大大，不不能能用用于于UHF频频段段。同同轴轴电电缆缆传传输输线线的的两两根根导导线线分分别别为为芯芯线线和和屏屏蔽蔽铜铜网网，因因铜铜网网接接地地，两两根根导导体体对对地地不不对对称称，因因此此叫叫做做不不对对称称式式或或不不平平衡衡式式传传输输线线。同同轴轴电电缆缆工工作作频频率率范范围围宽宽，损损耗耗小小，对对静静电电耦耦合合有有一一定定的的屏屏蔽蔽作作用用，但但对对磁磁场场的的干干扰扰却却无无能能为为力力。使使用用时时切切忌忌与与有有强强电电流流的的线线路路并并行行走向，也不能靠近低走向，也不能靠近低频频信号信号线线路。路。天线的基本知识天线的基本知
44、识3.2传输线传输线的特性阻抗的特性阻抗无限无限长传输线长传输线上各上各处处的的电压电压与与电电流的比流的比值值定定义为传输线义为传输线的特性阻抗，用的特性阻抗，用0表示。表示。同同轴电缆轴电缆的特性阻抗的的特性阻抗的计计算公式算公式为为。60/r Log(D/d)欧欧。式中，式中，D为为同同轴电缆轴电缆外外导导体体铜铜网内径；网内径；d为为同同轴电缆轴电缆芯芯线线外径；外径；r为导为导体体间绝缘间绝缘介介质质的相的相对对介介电电常数。常数。通常通常0=50欧欧，也有，也有0=75欧的。欧的。由上式不由上式不难难看出，看出，馈线馈线特性阻抗只与特性阻抗只与导导体直径体直径D和和d以及以及导导体
45、体间间介介质质的介的介电电常数常数r有关，而与有关，而与馈线馈线长长短、工作短、工作频频率以及率以及馈线终馈线终端所接端所接负载负载阻抗无关。阻抗无关。天线的基本知识天线的基本知识天线的基本知识天线的基本知识3.3馈线馈线的衰减系数的衰减系数信号在信号在馈线馈线里里传输传输，除有，除有导导体的体的电电阻性阻性损损耗外，耗外，还还有有绝缘绝缘材料的介材料的介质损质损耗。耗。这这两种两种损损耗随耗随馈线长馈线长度的增加和工作度的增加和工作频频率的提高而增加。因此，率的提高而增加。因此，应应合理布局尽量合理布局尽量缩缩短短馈线长馈线长度。度。单单位位长长度度产产生的生的损损耗的大小用衰减系数耗的大小
46、用衰减系数表示，其表示，其单单位位为为dB/m（分（分贝贝米），米），电缆电缆技技术术说说明明书书上的上的单单位大都用位大都用dB/100 m（分（分贝贝百米）百米）.设输设输入到入到馈线馈线的功率的功率为为1，从，从长长度度为为L（m）的的馈线输馈线输出的功率出的功率为为2，传输损传输损耗耗TL可可表示表示为为：TL10Lg(1/2)(dB)衰减系数衰减系数为为TL/L(dB/m)例如，例如，NOKIA7/8英寸低耗英寸低耗电缆电缆，900MHz时时衰减系数衰减系数为为4.1dB/100 m，也可写，也可写成成3dB/73 m，也就是也就是说说，频频率率为为900MHz的信号功率，每的信号功
47、率，每经过经过73 m 长长的的这这种种电缆时电缆时，功率要少一半。功率要少一半。而普通的非低耗而普通的非低耗电缆电缆，例如，例如，SYV-9-50-1，900MHz时时衰减系数衰减系数为为20.1dB/100 m，也可写成，也可写成3dB/15 m，也就是也就是说说，频频率率为为900MHz的信号功率，每的信号功率，每经过经过15 m 长长的的这这种种电缆时电缆时，功率就要少一半！，功率就要少一半！3.4匹配概念匹配概念什么叫匹配？什么叫匹配？简单简单地地说说，馈线终馈线终端所接端所接负载负载阻抗阻抗L等于等于馈线馈线特性阻抗特性阻抗0时时，称，称为馈线终为馈线终端是匹配端是匹配连连接的。匹
48、配接的。匹配时时，馈线馈线上只存在上只存在传传向向终终端端负载负载的入射波，而没有由的入射波，而没有由终终端端负载产负载产生的反射波，因此，当天生的反射波，因此，当天线线作作为终为终端端负载时负载时，匹配能保，匹配能保证证天天线线取得全部信取得全部信号功率。如下号功率。如下图图所示，当天所示，当天线线阻抗阻抗为为50欧欧时时，与，与50欧的欧的电缆电缆是匹配的，而当天是匹配的，而当天线线阻阻抗抗为为80欧欧时时，与，与50欧的欧的电缆电缆是不匹配的。是不匹配的。如果天如果天线线振子直径振子直径较较粗，天粗，天线输线输入阻抗随入阻抗随频频率的率的变变化化较较小，容易和小，容易和馈线馈线保持匹配，
49、保持匹配，这时这时天天线线的工作的工作频频率范率范围围就就较宽较宽。反之，。反之，则较则较窄。窄。在在实实际际工工作作中中，天天线线的的输输入入阻阻抗抗还还会会受受到到周周围围物物体体的的影影响响。为为了了使使馈馈线线与与天天线线良良好好匹匹配配，在在架架设设天天线线时时还还需需要要通通过过测测量量，适适当当地地调调整整天天线线的的局局部部结结构构，或或加加装装匹匹配配装装置。置。天线的基本知识天线的基本知识电缆电缆50ohms50ohms80ohms天天线线3.5反射损耗反射损耗前面已指出，当前面已指出，当馈线馈线和天和天线线匹配匹配时时，馈线馈线上没有反射波，只有入射波，即上没有反射波，只
50、有入射波，即馈线馈线上上传输传输的只是向天的只是向天线线方向行方向行进进的波。的波。这时这时，馈线馈线上各上各处处的的电压电压幅度与幅度与电电流幅度都相等，流幅度都相等，馈线馈线上上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。而而当当天天线线和和馈馈线线不不匹匹配配时时，也也就就是是天天线线阻阻抗抗不不等等于于馈馈线线特特性性阻阻抗抗时时，负负载载就就只只能能吸吸收收馈馈线线上上传传输输的的部部分分高高频频能能量量，而而不不能能全全部部吸吸收收，未未被被吸吸收收的的那那部部分分能能量量将将反反射射回回去去形形成反射波。成反射波。天线的基本知识天线的基本知识传输线传输线5