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1、天线原理基础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）输送到天线，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，由天线接下来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），并通过馈线送到无线电接收机。可（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设备，没有天线也就见，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。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、不同要求等天线品种繁多，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。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：按用途按用途分类分类可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频按工作频段分类段分类可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类按方向性分类可分为全向天线、定向天线等；可分为全向天线、定向天线等；按外形分类按外形分类可分可分为线状天线、面状天线等为线状天线、面状天线等.天线的基本知识天线的基
3、本知识天线天线1.3.4波瓣宽度波瓣宽度方方向向图图通通常常都都有有两两个个或或多多个个瓣瓣，其其中中辐辐射射强强度度最最大大的的瓣瓣称称为为主主瓣瓣，其其余余的的瓣瓣称称为为副副瓣瓣或或旁旁瓣瓣。参参见见图图1.3.4a,在在主主瓣瓣最最大大辐辐射射方方向向两两侧侧，辐辐射射强强度度降降低低3dB（功功率率密密度度降降低低一一半半）的的两两点点间间的的夹夹角角定定义义为为波波瓣瓣宽宽度度（又又称称波波束束宽宽度度 或或主主瓣瓣宽宽度度 或或半半功功率率角角）。波波瓣瓣宽宽度度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。还还有有一一种种波波瓣
4、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）的两个点间的夹角，见图的两个点间的夹角，见图1.3.4b.天线的基本知识天线的基本知识3dB波瓣宽度波瓣宽度-3dB点点-3dB点点10dB波瓣宽度波瓣宽度-10dB点点-10dB点点峰值方向峰值方向（最大辐射方向）（最大辐射方向）图图1.3.4a图图1.3.4b峰值方向峰值方向（最大辐射方向）（最大辐射方向）波瓣宽度波瓣宽度天线的基本知识天线的基本知识1.3.5前后比前后比方方向向图图中中，前前后后瓣瓣最最大大值值之之比比称称为为前
5、前后后比比，记记为为F/B。前前后后比比越越大大，天天线线的的后后向向辐射（或接收）越小。前后比辐射（或接收）越小。前后比F/B的计算十分简单的计算十分简单-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）对对天天线线的的前前后后比比F/B有有要要求求时时，其其典典型型值值为为（1830）dB，特特殊殊情情况况下下则则要要求求达达（3540）dB.前后比前后比1.3.6天线增益的若干近似计算式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：）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）=10L
6、g32000/（23dB,E23dB,H）式中，式中，23dB,E与与23dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度；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。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：）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：G（dBi）=10Lg4.5（D/0）2式中，式中，D为抛物面直径；为抛物面直径；0为中心工作波长；为中心工作波长；4.5是统计出来的经验数据。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）对于直立全向天线，有近似计算式G（dBi）=10Lg2L/0式中，式中，L为天线长度；为天线长度；0为中
7、心工作波长；为中心工作波长；天线的基本知识天线的基本知识天线增益的若干近似计算式天线增益的若干近似计算式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电话话用用户户，指指向天空的辐射是毫无意义的向天空的辐射是毫无意义的。天线的基本知识天线的基本知识上旁瓣抑制上旁瓣抑制1.3.8天线的下倾天线的下倾为使主波瓣指向地面，安置时需要将天线适度下倾为使
8、主波瓣指向地面，安置时需要将天线适度下倾。天线的基本知识天线的基本知识天线的下倾天线的下倾垂直极化垂直极化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：电场的方向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。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极化的情况：垂。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化直极化-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天线的极化天线的极化垂直极化垂直
9、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-45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双极化天线双极化
10、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，双极化天线有两个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，双极化天线有两个接头。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型型双双极极化化双极化天线双极化天线1.4.2极化损失极化损失垂垂直直极极化化波波要要用用具具有有垂垂直直极极化化特特性性的的天天线线来来接接收收，水水平平极极化化波波要要用用具具有有水水平平极极化化特特性性的的天天线线来
11、来接接收收。右右旋旋圆圆极极化化波波要要用用具具有有右右旋旋圆圆极极化化特特性性的的天天线线来来接接收收，而而左左旋旋圆圆极极化化波波要要用用具具有左旋圆极化特性的天线来接收。有左旋圆极化特性的天线来接收。当当来来波波的的极极化化方方向向与与接接收收天天线线的的极极化化方方向向不不一一致致时时，接接收收到到的的信信号号都都会会变变小小，也也就就是是说说，发发生生极极化化损损失失。例例如如：当当用用+45极极化化天天线线接接收收垂垂直直极极化化或或水水平平极极化化波波时时，或或者者，当当用用垂垂直直极极化化天天线线接接收收+45极极化化或或-45极极化化波波时时，等等等等情情况况下下，都都要要产
12、产生生极极化化损损失失。用用圆圆极极化化天天线线接接收收任任一一线线极极化化波波，或或者者，用用线线极极化化天天线线接接收收任任一一圆圆极极化化波波，等等等等情情况况下下，也也必必然然发发生生极极化化损损失失-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，天天线线就就完完全全接接收收不不到来波的能量，这种情况下极化损失
13、为最大到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，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极化损失极化损失1.4.3极化隔离极化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为率为10W，结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为，结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为10mW。天线的基本知识天线的基本知识垂直极化
14、，垂直极化，10W水平极化，水平极化，10mW在这种情况下的在这种情况下的极化极化隔离为隔离为X=10Lg(10,000mW/10mW)=10Lg(1000)=30（dB）极化隔离极化隔离1.5天线的输入阻抗天线的输入阻抗Zin定定义义：天天线线输输入入端端信信号号电电压压与与信信号号电电流流之之比比，称称为为天天线线的的输输入入阻阻抗抗。输输入入阻阻抗抗具具有有电电阻阻分分量量Rin和和电电抗抗分分量量Xin，即即Zin=Rin+jXin。电电抗抗分分量量的的存存在在会会减减少少天天线线从从馈馈线线对对信信号号功功率率的的提提取取，因因此此，必必须须使使电电抗抗分分量量尽尽可可能能为为零零，
15、也也就就是是应应尽尽可可能能使使天天线线的的输输入入阻阻抗抗为为纯纯电电阻阻。事事实实上上，即即使使是是设设计计、调调试试得得很很好好的的天天线线，其其输输入入阻阻抗抗中中总总还还含含有有一一个个小的电抗分量值。小的电抗分量值。输输入入阻阻抗抗与与天天线线的的结结构构、尺尺寸寸以以及及工工作作波波长长有有关关，半半波波对对称称振振子子是是最最重重要要的的基基本本天天线线，其其输输入入阻阻抗抗为为Zin=73.142.5(欧欧)。当当把把其其长长度度缩缩短短（）时时，就就可可以以消消除除其其中中的的电电抗抗分分量量，使使天天线线的的输输入入阻阻抗抗为为纯纯电电阻阻，此此时时的的输输入入阻阻抗抗为
16、为Zin=73.1(欧欧),（标标称称75欧）欧）。注意，严格的说，纯电阻性的天线输入阻抗只是对点频而言的。注意，严格的说，纯电阻性的天线输入阻抗只是对点频而言的。顺顺便便指指出出，半半波波折折合合振振子子的的输输入入阻阻抗抗为为半半波波对对称称振振子子的的四四倍倍，即即Zin=280(欧欧),（标称（标称300欧）。欧）。有有趣趣的的是是，对对于于任任一一天天线线，人人们们总总可可通通过过天天线线阻阻抗抗调调试试，在在要要求求的的工工作作频频率率范范围围内内，使使输输入入阻阻抗抗的的虚虚部部很很小小且且实实部部相相当当接接近近50欧欧，从从而而使使得得天天线线的的输输入入阻阻抗抗为为Zin=
17、Rin=50欧欧-这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。天线的基本知识天线的基本知识天线的输入阻抗天线的输入阻抗Zin1.6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射天天线线还还是是接接收收天天线线，它它们们总总是是在在一一定定的的频频率率范范围围（频频带带宽宽度度）内内工工作作的的，天天线的频带宽度有两种不同的定义线的频带宽度有两种不同的定义-一种是指：在驻波比一种是指：在驻波比SWR1.5条件下，天线的工作频带宽度；条件下，天线的工作频带宽度；一种是指：天线增益下降一种是指：天线增益下降3分贝范围内的频
18、带宽度。分贝范围内的频带宽度。在在移移动动通通信信系系统统中中，通通常常是是按按前前一一种种定定义义的的，具具体体的的说说，天天线线的的频频带带宽宽度度就就是是天天线线的的驻驻波比波比SWR不超过不超过1.5时，天线的工作频率范围。时，天线的工作频率范围。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异造造成成的性能下降是可以接受的。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
19、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 无论是无论是GSM还是还是CDMA，板状天线是用得最为普遍的一类极为重要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、密封性能直面方向图俯角控制方便、密封性能可靠以及使用寿命长。可靠以及使用寿命长。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。大小，应选择相应的天线型号。
20、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1.7.1a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率范围频率范围频带宽度频带宽度增益增益极化极化标称阻抗标称阻抗电压驻波比电压驻波比半功率波束宽度半功率波束宽度前后比前后比下倾角（可调）下倾角（可调）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互调互调110dBm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 1.7.1b板状天线高增
21、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线阵采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵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两个半波振子（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（带反射板）两个半波振子（带反射板）在垂
22、直面上的配置在垂直面上的配置两个半波振子（带反射板）两个半波振子（带反射板）在水平面上的配置在水平面上的配置B.在直线阵的一侧加一块反射板在直线阵的一侧加一块反射板（以带反射板的二半波振子垂直阵为例）（以带反射板的二半波振子垂直阵为例）增益为 G=1114dB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前面已指出，四个半波振子排成一个垂直放置的直线阵的增益前面已指出，四个半波振子排成一个垂直放置的直线阵的增益约为约为8dB；一侧加有一个反射板的四元式直线阵，即常规板状天；一侧加有一个反射板的四元式直线阵，即常规板状天线，其增益约为线，其增益约为1417dB。一侧加有一个
23、反射板的八元式直一侧加有一个反射板的八元式直线阵，即加长型板状天线，其增益约为线阵，即加长型板状天线，其增益约为1619dB.不言而喻，不言而喻，加长型板状天线的长度，为常规板状天线的一倍，达加长型板状天线的长度，为常规板状天线的一倍，达2.4m左右。左右。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1.7.2高增益栅状抛物面天线高增益栅状抛物面天线从性能价格比出发，人们常常选用从性能价格比出发，人们常常选用栅状抛物面天栅状抛物面天线线作为直放站施主天线。由于作为直放站施主天线。由于抛物面抛物面具有良好的聚焦具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，直径为作用，所以
24、抛物面天线集射能力强，直径为1.5m的的栅状抛物面天线，栅状抛物面天线，在在900兆频段，其增益即可达兆频段，其增益即可达G=20dB.它特别适用于点对点的通信，例如它常常被选它特别适用于点对点的通信，例如它常常被选用为直放站的施主天线。用为直放站的施主天线。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。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，这也正是直放站系统防自激而对接收天线所提出的，这也正是直放站系统防自激而对接收天线所提出的必须满足的技术指标。必须满足的技术指
25、标。高增益栅状抛物面天线高增益栅状抛物面天线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，具有增益较高、结构轻巧、具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。因此，它特别适架设方便、价格便宜等优点。因此，它特别适用于点对点的通信，例如它是室内分布系统的用于点对点的通信，例如它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型。室外接收天线的首选天线类型。八木定向天线的单元数越多，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，其增益单元的八木定向天线，其增益可达可达1015dB。八木定向天线八木定向天线天线的
26、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。这种吸很多，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，但由于是在顶天线的内部结构，虽然尺寸很小，但由于是在天线宽带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，天线宽带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能很好地满以及使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
27、频带内的驻波比要求，按照国足在非常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家标准，在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为标为VSWR2。当然，能达到。当然，能达到VSWR1.5更更好。顺便指出，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。室内吸顶天线室内吸顶天线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、外型美室内壁挂天线同样必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。观、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
28、形花色很多，但其内芯的购造几乎也都是一样的。这种壁挂多，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。由于天线的内部结构，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，以及使用网络分析仪进行调试，所以能较助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能较好地满足了工作宽频带的要求。顺便指出，室内壁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的增益，约为挂天线具有一定的增益，约为G=7dB。室内壁挂天线室内壁挂天线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
29、CDMA移动通信使用的频段为：移动通信使用的频段为：GSM：890960MHz,17101880MHzCDMA:806896MHz806960MHz频率范围属频率范围属超短波超短波范围；范围；17101880MHz频率范围属频率范围属微波微波范围。范围。电波的频率不同，或者说波长不同，其传播特点也不完全相同，甚至很不相同。电波的频率不同，或者说波长不同，其传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电波传播的几个基本概念电波传播的几个基本概念天线的基本知识天线的基本知识2.1电波的传播损耗电波的传播损耗设设发发射射功功率率为为PT(W)，发发射射天天线线增增益益为为GT(d
30、B)，工工作作频频率率为为f(MHz).接接收收功功率率为为PR(W)，接接收收天天线线增增益益为为GR(dB)，收收、发发天天线线间间距距离离为为R(km)，经经过过简简单单推推导导，可可写写得得电电波波在在自自由由空间的传播损耗空间的传播损耗L0 为：为：L0(dB)=10 Lg（PT/PR）=32.45+20 Lg f(MHz)+20 Lg R(km)-GT(dB)-GR(dB)举例举例设：设：PT =10W=40dBmw；GT=10dBi；GR=3dBi ；f =900MHz 问：问：R=500m时，时，L0(dB)=？,PR=？解答：解答：(1)传播损耗传播损耗L0 的计算的计算 L
31、0=32.45+20Lg 900 +20 Lg 0.5 -10 -3 =32.45+59.1-6-10-3=72.5(dB)（2）接收功率接收功率PR 的计算的计算 PR=PT /(107.25)=10(W)/(107.25)=1(W)/(100.725)=1(W)/5.31=0.188(W)电波的传播损耗电波的传播损耗天线的基本知识天线的基本知识*电波传播损耗的奥村经验公式电波传播损耗的奥村经验公式日日本本人人奥奥村村，对对地地面面移移动动通通信信的的电电波波传传播播问问题题，做做了了大大量量的的统统计计工工作作，并并归归纳纳出出一一个个大大城城市市适适用的用的传播损耗传播损耗Lb 经验公式
32、：经验公式：Lb(dB)=75+26 Lg f +45 Lg R -GT(dB)-GR(dB)（14 +6.5 Lg R）Lg HT 3.2 Lg（12 HR）2 式中，式中，收、发天线高度收、发天线高度HR、HT 单位为单位为 m.举例举例设：设：f =900 MHz；HT=64 m;HR =2 m；GT=10(dBi)；GR=3(dBi)问：问：R=500m时，时，Lb =？解：解：Lb=75+26 Lg 900 +45 Lg 0.5 （14+6.5 Lg 0.5）Lg 64 3.2 Lg（12 2）2 =75+76.8 13.5 21.7 6 =110.6(dB)-可见，信号的衰减比自由
33、空间中要大得多！可见，信号的衰减比自由空间中要大得多！电波传播损耗的奥村经验公式电波传播损耗的奥村经验公式2.2极限直视距离极限直视距离超超短短波波特特别别是是微微波波，频频率率很很高高，波波长长很很短短，它它的的地地表表面面波波衰衰减减很很快快，因因此此不不能能依依靠靠地地表表面面波波作作较较远远距距离离的的传传播播。超超短短波波特特别别是是微微波波，主主要要是是由由空空间间波波来来传传播播的的。简简单单地地说说，空空间间波波是是在在空空间间范范围围内内沿沿直直线线方方向向传传播播的的波波。显显然然，由由于于地地球球的的曲曲率率使使空空间间波波传传播播存存在在一一个个极极限限直直视视距距离离
34、Rmax。在在最最远远直直视视距距离离之之内内的的区区域域，习习惯惯上上称称为为照照明明区区；极极限限直直视视距距离离Rmax以以外外的的区区域域，则则称称为为阴阴影影区区。不不言言而而语语，利利用用超超短短波波、微微波波进进行行通通信信时时，接接收收点点应应落落在在发发射射天天线线极极限直视距离限直视距离Rmax内。内。受地球曲率半径的影响，极限直视距离受地球曲率半径的影响，极限直视距离Rmax和发射天线与接收天线的高度和发射天线与接收天线的高度HT与与HR间的关系为间的关系为：Rmax3.57HT(m)+HR(m)(km)天线的基本知识天线的基本知识RTRTRR接收天线高接收天线高HR发射
35、天线高发射天线高HT 考虑到大气层对电波的折射作用，极限直视距离应修正为考虑到大气层对电波的折射作用，极限直视距离应修正为Rmax4.12HT(m)+HR(m)(km)由由于于电电磁磁波波的的频频率率远远低低于于光光波波的的频频率率，电电波波传传播播的的有有效效直直视视距距离离Re约约为为极极限限直直视视距距离离Rmax的的70%，即，即Re=0.7Rmax.例如，例如，HT与与HR分别为分别为49m和和1.7m，则，则有效直视距离有效直视距离为为Re=24km.极限直视距离极限直视距离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射天天线线直直接接射射到到接接收收点点的的电
36、电波波称称为为直直射射波波；发发射射天天线线发发出出的的指指向向地地面面的的电电波波，被被地地面面反反射射而而到到达达接接收收点点的的电电波波称称为为反反射射波波。显显然然，接接收收点点的的信信号号应应该该是是直直射射波波和和反反射射波波的的合合成成。电电波波的的合合成成不不会会象象1+1=2那那样样简简单单地地代代数数相相加加，合合成成结结果果会会随随着着直直射射波波和和反反射射波波间间的的波波程程差差的的不不同同而而不不同同。波波程程差差为为半半个个波波长长的的奇奇数数倍倍时时，直直射射波波和和反反射射波波信信号号相相加加，合合成成为为最最大大；波波程程差差为为一一个个波波长长的的倍倍数数
37、时时，直直射射波波和和反反射射波波信信号号相相减减，合合成成为为最最小小。可可见见，地地面面反反射射的的存存在，使得信号强度的空间分布变得相当复杂。在，使得信号强度的空间分布变得相当复杂。实实际际测测量量指指出出：在在一一定定的的距距离离Ri之之内内，信信号号强强度度随随距距离离或或天天线线高高度度的的增增加加都都会会作作起起伏伏变变化化；在在一一定定的的距距离离Ri之之外外，随随距距离离的的增增加加或或天天线线高高度度的的减减少少，信信号号强强度度将将。单单调调下下降降。理理论计算给出了这个论计算给出了这个Ri和天线高度和天线高度HT与与HR的关系式：的关系式：Ri=（4HTHR）/，是波长
38、。是波长。不言而喻，不言而喻，Ri必须小于极限直视距离必须小于极限直视距离Rmax。天线的基本知识天线的基本知识电波在平面地上的传播特征电波在平面地上的传播特征2.4电波的多径传播电波的多径传播在在超超短短波波、微微波波波波段段，电电波波在在传传播播过过程程中中还还会会遇遇到到障障碍碍物物(例例如如楼楼房房、高高大大建建筑筑物物或或山山丘丘等等)对对电电波波产产生生反反射射。因因此此，到到达达接接收收天天线线的的含含有有多多种种反反射射波波（广广意意地地说说，地地面面反反射射波波也也应包括在内），这种现象叫为多径传播。应包括在内），这种现象叫为多径传播。由由于于多多径径传传输输，使使得得信信号
39、号场场强强的的空空间间分分布布变变得得相相当当复复杂杂，波波动动很很大大，有有的的地地方方信信号号场场强强增增强强，有有的的地地方方信信号号场场强强减减弱弱；也也由由于于多多径径传传输输的的影影响响，还还会会使使电电波波的的极极化化方方向向发发生生变变化化。另另外外，不不同同的的障障碍碍物物对对电电波波的的反反射射能能力力也也不不同同。例例如如：钢钢筋筋水水泥泥建建筑筑物物对对超超短短波波、微微波波的的反反射射能能力力比比砖砖墙墙强强。我我们们应应尽尽量量克克服服多多径径传传输输效效应应的的负负面面影影响响，这这也也正正是是在在通通信信质质量量要要求求较较高高的通信网中，人们常常采用空间分集技
40、术或极化分集技术的缘由。的通信网中，人们常常采用空间分集技术或极化分集技术的缘由。天线的基本知识天线的基本知识电波的多径传播电波的多径传播2.5电波的绕射传播电波的绕射传播在在传传播播途途径径中中遇遇到到大大障障碍碍物物时时，电电波波会会绕绕过过障障碍碍物物向向前前传传播播，这这种种现现象象叫叫做做电电波波的的绕绕射射。超超短短波波、微微波波的的频频率率较较高高，波波长长短短，绕绕射射能能力力弱弱，在在高高大大建建筑筑物物后后面面信信号号强强度度小小，形形成成所所谓谓的的“阴阴影影区区”。信信号号质质量量受受到到影影响响的的程程度度，不不仅仅和和建建筑筑物物的的高高度度有有关关，和和接接收收天
41、天线线与与建建筑筑物之间的距离有关，还和频率有关。物之间的距离有关，还和频率有关。例例如如有有一一个个建建筑筑物物，其其高高度度为为10米米，在在建建筑筑物物后后面面距距离离200米米处处，接接收收的的信信号号质质量量几几乎乎不不受受影影响响，但但在在100米米处处，接接收收信信号号场场强强比比无无建建筑筑物物时时明明显显减减弱弱。注注意意，诚诚如如上上面面所所说说过过的的那那样样，减减弱弱程程度度还还与与信信号号频频率率有有关关，对对于于216223兆兆赫赫的的电电视视射射频频信信号号，接接收收信信号号场场强强比无建筑物时低比无建筑物时低16dB，对于，对于900兆赫的手机射频信号，接收信号
42、场强比无建筑物时低兆赫的手机射频信号，接收信号场强比无建筑物时低22dB.如如果果建建筑筑物物高高度度增增加加到到50米米，则则在在距距建建筑筑物物1000米米以以内内，接接收收信信号号的的场场强强都都将将受受到到影影响响而而减减弱弱。也也就就是是说说，频频率率越越高高、建建筑筑物物越越高高、接接收收天天线线与与建建筑筑物物越越近近，信信号号强强度度与与通通信信质质量受影响程度越大；相反，频率越低，建筑物越矮、接收天线与建筑物越远，影响越小。量受影响程度越大；相反，频率越低，建筑物越矮、接收天线与建筑物越远，影响越小。因因此此，选选择择基基站站场场地地以以及及架架设设天天线线时时，一一定定要要
43、考考虑虑到到绕绕射射传传播播可可能能产产生生的的各各种种不不利利影影响响，注意到对绕射传播起影响的各种因素。注意到对绕射传播起影响的各种因素。天线的基本知识天线的基本知识电波的绕射传播电波的绕射传播3传输线的几个基本概念传输线的几个基本概念连连接接天天线线和和发发射射机机输输出出端端（或或接接收收机机输输入入端端）的的电电缆缆称称为为传传输输线线或或馈馈线线。传传输输线线的的主主要要任任务务是是有有效效地地传传输输信信号号能能量量，因因此此，它它应应能能将将发发射射机机发发出出的的信信号号功功率率以以最最小小的的损损耗耗传传送送到到发发射射天天线线的的输输入入端端，或或将将天天线线接接收收到到
44、的的信信号号以以最最小小的的损损耗耗传传送送到到接接收收机机输输入入端端，同同时时它它本本身身不不应拾取或产生杂散干扰信号，这样，就要求传输线必须屏蔽。应拾取或产生杂散干扰信号，这样，就要求传输线必须屏蔽。顺便指出，当传输线的物理长度等于或大于所传送信号的波长时，传输线又叫做长线。顺便指出，当传输线的物理长度等于或大于所传送信号的波长时，传输线又叫做长线。3.1传输线的种类传输线的种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
45、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。使用时切忌与有强电流的线路并行走向，也不能靠近
46、低频信号线路。力。使用时切忌与有强电流的线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。天线的基本知识天线的基本知识传输线的几个基本概念传输线的几个基本概念3.2传输线的特性阻抗传输线的特性阻抗无限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输线的特性阻抗，用无限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输线的特性阻抗，用0表示。表示。同轴电缆的特性阻抗的计算公式为同轴电缆的特性阻抗的计算公式为。60/rLog(D/d)欧欧。式中，式中，D为同轴电缆外导体铜网内径；为同轴电缆外导体铜网内径；d为同轴电缆芯线外径；为同轴电缆芯线外径；r为导体间绝缘介质的相对介电常数。为导体间绝缘介质的相对介电常数。通常通常0=
47、50欧欧，也有，也有0=75欧的。欧的。由由上上式式不不难难看看出出，馈馈线线特特性性阻阻抗抗只只与与导导体体直直径径D和和d以以及及导导体体间间介介质质的的介介电电常常数数r有有关关，而而与与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗无关。馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗无关。天线的基本知识天线的基本知识传输线的特性阻抗传输线的特性阻抗天线的基本知识天线的基本知识3.3馈线的衰减系数馈线的衰减系数信号在馈线里传输，除有导体的电阻性损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。这两种损信号在馈线里传输，除有导体的电阻性损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加
48、。因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。单位长度产生的损耗的大小用衰减系数单位长度产生的损耗的大小用衰减系数表示，其单位为表示，其单位为dB/m（分贝米），电缆（分贝米），电缆技术说明书上的单位大都用技术说明书上的单位大都用dB/100 m（分贝百米）（分贝百米）.设输入到馈线的功率为设输入到馈线的功率为1，从长度为，从长度为L（m）的馈线输出的功率为的馈线输出的功率为2，传输损耗，传输损耗TL可表示为：可表示为：TL10Lg(1/2)(dB)衰减系数衰减系数为为TL/L(dB/m)例如，例如，NOKIA7/8英寸低耗电缆
49、，英寸低耗电缆，900MHz时衰减系数为时衰减系数为4.1dB/100 m，也，也可写成可写成3dB/73 m，也就是说，也就是说，频率为频率为900MHz的信号功率，每经过的信号功率，每经过73 m 长的这长的这种电缆时，功率要少一半。种电缆时，功率要少一半。而普通的非低耗电缆，例如，而普通的非低耗电缆，例如，SYV-9-50-1，900MHz时衰减系数为时衰减系数为20.1dB/100 m，也可写成，也可写成3dB/15 m，也就是说，也就是说，频率为频率为900MHz的信号功率，每经过的信号功率，每经过15 m 长的这种电缆时，功率就要少一半！长的这种电缆时，功率就要少一半！馈线的衰减系
50、数馈线的衰减系数3.4匹配概念匹配概念什什么么叫叫匹匹配配？简简单单地地说说，馈馈线线终终端端所所接接负负载载阻阻抗抗L等等于于馈馈线线特特性性阻阻抗抗0时时，称称为为馈馈线线终终端端是是匹匹配配连连接接的的。匹匹配配时时，馈馈线线上上只只存存在在传传向向终终端端负负载载的的入入射射波波，而而没没有有由由终终端端负负载载产产生生的的反反射射波波，因因此此，当当天天线线作作为为终终端端负负载载时时，匹匹配配能能保保证证天天线线取取得得全全部部信信号号功功率率。如如下下图图所所示示，当当天天线线阻阻抗抗为为50欧欧时时，与与50欧欧的的电电缆缆是是匹匹配配的的，而而当当天天线线阻阻抗抗为为80欧欧