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1、关于天线基本知识讲座第一张，PPT共四十四页，创作于2022年6月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，由天线以电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（仅仅接收很小很小一部磁波形式辐射出去。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。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重分功率），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，没有天线也就没有无线电通信。要的无
2、线电设备，没有天线也就没有无线电通信。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。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，可分按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；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、按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；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
3、状天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。等等分类。天线的基本知识天线的基本知识第二张，PPT共四十四页，创作于2022年6月电磁波的辐射电磁波的辐射导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。如状有关。如图1.1 a 所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如如图1.1 b 所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。所示，电场就散播在周围空间，因
4、而辐射增强。必须指出，当导线的长度必须指出，当导线的长度L远小于波长远小于波长时，辐射很微弱；导线的长度时，辐射很微弱；导线的长度L增大到可与波长相比拟时，导增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。第三张，PPT共四十四页，创作于2022年6月1.2对称振子对称振子对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。物面天线的馈源，
5、也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子子,见见图1.2 a 。另另外外，还还有有一一种种异异型型半半波波对对称称振振子子，可可看看成成是是将将全全波波对对称称振振子子折折合合成成一一个个窄窄长长的的矩矩形形框框，并并把把全全波波对对称称振振子子的的两两个个端端点点相相叠叠，这这个个窄窄长长的的矩矩形形框框称称为为折折合合振振子子，注注意意，折折合合振振子子的的长长度度也也是是为二分之一波长，故称为半波折合振子
6、为二分之一波长，故称为半波折合振子,见见图1.2 b 。天线的基本知识天线的基本知识1/4波长波长对称振子对称振子1/4波长波长1/2波长波长图1.2 a图1.2 b第四张，PPT共四十四页，创作于2022年6月1.3天线方向性的讨论天线方向性的讨论1.3.1天线方向性天线方向性发射发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈面包圈”形的形的立体方向图立体方向图
7、（图（图1.3.1a）。）。立立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，体方向图虽然立体感强，但绘制困难，图图1.3.1b与图与图1.3.1c给出了它的两个给出了它的两个主平面方向图主平面方向图，平面，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图1.3.1b可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图向在水平面上；而从图1.3.1c可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。天线的基本知识天线的基本知识图图1.3.1 c 水平面方向图水平面方
8、向图图图1.3.1 b 垂直面方向图垂直面方向图图图1.3.1a立体方向图立体方向图第五张，PPT共四十四页，创作于2022年6月天线的基本知识天线的基本知识1.3.2天线方向性增强天线方向性增强 若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生“扁平的面包圈扁平的面包圈”，把信号进一步集中到把信号进一步集中到在水平面方向上。在水平面方向上。下图是下图是4个半波对称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的个半波对称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面立体方向图和垂直面方方向图。向图。垂直面方向图垂直面方向图立体方向图立体方向图第六张，PPT共四十四
9、页，创作于2022年6月也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向利用反射板可把辐射能控制到单侧方向 平平面面反反射射板板放放在在阵阵列列的的一一边边构构成成扇扇形形区区覆覆盖盖天天线线。下下面面的的水平面方向图说明了反反射射面面的的作作用用-反射面把功率反射到反射面把功率反射到单侧方向，单侧方向，提高了增益。提高了增益。天线的基本知识天线的基本知识全向阵全向阵（垂直阵列（垂直阵列 不带平面反射板）不带平面反射板）抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不
10、言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：抛物反抛物反射面射面和和放置在抛物面焦点上的辐射源。放置在抛物面焦点上的辐射源。扇形区覆盖扇形区覆盖（垂直阵列（垂直阵列 带平面反射板）带平面反射板）平面反射板平面反射板第七张，PPT共四十四页，创作于2022年6月天线的基本知识天线的基本知识1.3.3增益增益增益增益是指：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。所产
11、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。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。可以可以这样来理解这样来理解增益增益的物理含义的物理含义-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，需要方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为的输入功率，而用增益为G=13dB=20的某定向天线作为的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需发射天线时，输入功率只需100/2
12、0=5W.换言之，某天线的换言之，某天线的增益，增益，就其最大辐射方向上的辐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。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。半波对称振子的半波对称振子的增益为增益为G=2.15dBi;4个半波对称振子个半波对称振子 沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为增益约为G=8.15dBi(dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。如果如果以以半波对称振子作半波对称振子作比较对象，则增益的单位是比较对象，则增益
13、的单位是dBd.半波对称振子的半波对称振子的增益为增益为G=0dBd（因为是自己跟自己比，比值为（因为是自己跟自己比，比值为1，取对数得零值。），取对数得零值。）；垂垂直四元阵，其直四元阵，其增益约为增益约为G=8.152.15=6dBd.第八张，PPT共四十四页，创作于2022年6月1.3.4波瓣宽度波瓣宽度方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。参见图方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。参见图1.3.4a,在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB（功率密度降低一半）
14、的两点间的夹角定义为（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽波瓣宽度（度（又称又称波束宽度波束宽度 或或主瓣宽度主瓣宽度 或或半功率角半功率角）。波瓣宽度）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。远，抗干扰能力越强。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（功功率率密度降至十分之一）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
15、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）第九张，PPT共四十四页，创作于2022年6月天线的基本知识天线的基本知识1.3.5前后比前后比方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为F/B。前后比越大，天线的后向辐射（或接。前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小。前后比收）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
16、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.第十张，PPT共四十四页，创作于2022年6月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，）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算可用下式估算其增益其增益：G（dBi）=10Lg32000/（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）对对于于抛物面天线，可用下式
17、近似计算抛物面天线，可用下式近似计算其增益其增益：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）对对于于直立全向天线，有近似计算式直立全向天线，有近似计算式 G（dBi）=10Lg2L/0式中，式中，L为为天线长度天线长度；0为中心工作波长；为中心工作波长；天线的基本知识天线的基本知识第十一张，PPT共四十四页，创作于2022年6月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
18、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，指指向向天天空空的的辐辐射是毫无意义的射是毫无意义的。天线的基本知识天线的基本知识第十二张，PPT共四十四页，创作于2022年6月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第十三张，PPT共四十四页，创作于2022年6月垂直极化垂直极化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：
19、电场的方向就是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。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：垂直极化。下图示出了两种基本的单极化的情况：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第十四张，PPT共四十四页，创作于2022年6月垂直极化垂直极化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-45极化，它们仅仅在特殊场合下使用。极化，它们仅仅
20、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第十五张，PPT共四十四页，创作于2022年6月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。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
21、线，注意，双极化天线有两个接头。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型型双双极极化化第十六张，PPT共四十四页，创作于2022年6月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化特性的天线来接收。右旋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，而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天
22、线来接收。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，也就是说，发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，或者，当用垂直极化天线接收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+45极化或极化或-45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，用线极化天极化波时，等等情况下，都要产生极化损失。用圆极化天线
23、接收任一线极化波，或者，用线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线接收任一圆极化波，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，天天线线就就完完全全接接收收不不到到来来波波的的能能量量，这这种种情情况下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。
24、天线的基本知识天线的基本知识第十七张，PPT共四十四页，创作于2022年6月1.4.3极化极化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，结结果果在在水平极化天线的输出端测得的输出功率为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，垂直极化，10W水平极化，水平极化，10mW
25、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=10 Lg(10,000 mW/10 mW)=30（dB）第十八张，PPT共四十四页，创作于2022年6月1.5天线的输入阻抗天线的输入阻抗Zin定义：定义：天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗具有电阻分量输入阻抗具有电阻分量Rin和电抗分量和电抗分量Xin，即，即Zin=Rin+jXin。电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提。电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取，因此，必须使电抗分量尽可能为零，也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。事实取，因
26、此，必须使电抗分量尽可能为零，也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。事实上，即使是设计、调试得很好的天线，其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值。上，即使是设计、调试得很好的天线，其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值。输入阻抗与天线的结构、尺寸以及工作波长有关，半波对称振子是最重要的基本天线输入阻抗与天线的结构、尺寸以及工作波长有关，半波对称振子是最重要的基本天线，其输入阻抗为，其输入阻抗为Zin=73.142.5(欧欧)。当把其长度缩短（）时，就可以消除其中的电抗分量，。当把其长度缩短（）时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻，此时的输入阻抗为使天线的输入阻抗为纯电阻，此
27、时的输入阻抗为Zin=73.1(欧欧),（标称（标称75欧）欧）。注意，。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。严格的说，纯电阻性的天线输入阻抗只是对点频而言的。顺便指出，半波折合振子的输入阻抗为半波对称振子的四倍，即顺便指出，半波折合振子的输入阻抗为半波对称振子的四倍，即Zin=280(欧欧),（标称（标称300欧）。欧）。有趣的是，对于任一天线，人们总可通过天线阻抗调试，在要求的工作频率范围内，使输入阻有趣的是，对于任一天线，人们总可通过天线阻抗调试，在要求的工作频率范围内，使输入阻抗的虚部很小且实部相当接近抗的虚部很小且实部相当接近50欧，从而使得天线的输入阻抗为欧，从
28、而使得天线的输入阻抗为Zin=Rin=50欧欧-这是天线能这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。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第十九张，PPT共四十四页，创作于2022年6月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）无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围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（频带宽度）（频带宽度）内工作的，天线的内工作的，天线的频带宽度频带宽度有两种不同的定义有两种不同的定义-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
29、：天线增益下降一种是指：天线增益下降3分贝范围内的频带宽度。分贝范围内的频带宽度。在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的频带宽度频带宽度就是天线的驻波比就是天线的驻波比SWR不不超过超过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的性性能下降是可以接受的。能下降是可以接受的。天线的基本知识天线的基本知识第二十张，PPT共四十四页，创作于2022年6月1.7移动通信常
30、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的基站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，
31、应选择相应的天线型号。大小，应选择相应的天线型号。第二十一张，PPT共四十四页，创作于2022年6月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电压驻波比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第二十二张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 1.7.1b板状天
32、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线阵采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵第二十三张，PPT共四十四页，创作于2022年6月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
33、波振子（带反射板）在垂直面上的配置在垂直面上的配置两个半波振子（带反射板）在水两个半波振子（带反射板）在水平面上的配置平面上的配置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第二十四张，PPT共四十四页，创作于2022年6月天线的基本知识天线的基本知识C.为提高板状天线的增益，还可以进一步采用八个半波振子排阵为提高板状天线的增益，还可以进一步采用八个半波振子排阵前面已指出，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8dB；一；
34、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1417dB。一侧加有一个反射板的八元式直线阵，即加长型板状天线，一侧加有一个反射板的八元式直线阵，即加长型板状天线，其增益约为其增益约为1619dB.不言而喻，加长型板状天线的长度，为常规板状天线不言而喻，加长型板状天线的长度，为常规板状天线的一倍，达的一倍，达2.4m左右。左右。第二十五张，PPT共四十四页，创作于2022年6月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
35、天线栅状抛物面天线作为作为直放站直放站施主天线。由于施主天线。由于抛物面抛物面具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，力强，直径为直径为1.5m的的栅状抛物面天线，栅状抛物面天线，在在900兆频段，兆频段，其增益即可达其增益即可达G=20dB.它特别适用于点对点的通信，例如它常常被选用为直放站的施主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。天线。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。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。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
36、于30dB的前后比的前后比，这也正，这也正是是直放站系统防自激而对接收天线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。所提出的必须满足的技术指标。第二十六张，PPT共四十四页，创作于2022年6月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，具有具有增益较高、增益较高、结构轻巧、架设方便、价格结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。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室外接收天线的首选天线类型。布系统的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，
37、八木定向天线的单元数越多，其增益越高，通常采通常采用用612单元的八木定向天线，单元的八木定向天线，其增益可达其增益可达1015dB。第二十七张，PPT共四十四页，创作于2022年6月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、安装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。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，但其内芯的购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。这种吸顶天线的内部结构，虽然尺寸很小，但由造几乎都是一样的。这种吸顶天线的内部结构，虽然尺寸很小，但由于是在天线
38、宽带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，以及使用网于是在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，所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波络分析仪进行调试，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，在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为比要求，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，室室内吸顶天线属于低增益天线内吸顶天线属于低增益天线,一般为一般为G=2dB。第二十八张，PPT共四十四页，创作于2022年6月天线的基本知识天线的基本知识1.7.5
39、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、安装方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。便等优点。现今市场上见到的室内吸顶天线，外形花色很多，但其内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。这种壁挂天线的内部结构，属于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。由于采用了展宽天线频宽的辅助结构，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，以及使用网络分析仪进行调试，所以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作宽频带的要求。
40、顺便指出，室内壁挂天线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的增益，约为具有一定的增益，约为G=7dB。第二十九张，PPT共四十四页，创作于2022年6月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频率频率范围范围属属超短波超短波范围；范围；17101880MHz频率频率范围范围属属微波微波范围。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
41、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第三十张，PPT共四十四页，创作于2022年6月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通信距离方程设发射功率为设发射功率为PT，发射天线增益为发射天线增益为GT，工作频率为工作频率为f.接收功率为接收功率为PR，接收天线增益为接收天线增益为GR，收、发收、发天线间距离为天线间距离为R，那么电波在无环境干扰时，传播途中的电波损耗那么电波在无环境干扰时，传播途中的电波损耗L0 有以下表达式：有以下表达式：L0(dB)=10 Lg（PT/PR）=32.45+20 Lg f(MHz)+20 Lg R(km)-GT(
42、dB)-GR(dB)举例举例设：设：PT =10W=40dBmw；GR=GT=7(dBi)；f =1910MHz 问：问：R=500m时，时，PR=？解答：解答：(1)L0(dB)的计算的计算 L0(dB)=32.45+20Lg 1910(MHz)+20 Lg 0.5(km)-GR(dB)-GT(dB)=32.45+65.62-6-7-7=78.07(dB)（2）PR 的计算的计算 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，顺便指出，1.9GHz电波在穿透一层砖墙时，大约损失
43、电波在穿透一层砖墙时，大约损失(1015)dB.第三十一张，PPT共四十四页，创作于2022年6月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极限直视距离极限直视距离超短波特别是微波，频率很高，波长很短，它的地表面波衰减很快，因此不能依靠地表面波作较远距离的超短波特别是微波，频率很高，波长很短，它的地表面波衰减很快，因此不能依靠地表面波作较远距离的传播。超短波特别是微波，主要是由空间波来传播的。简单地说，空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波。传播。超短波特别是微波，主要是由空间波来传播的。简单地说，空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波。显然，由于地球的曲率使空间波传播存在一个显
44、然，由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限直视距离极限直视距离Rmax。在最远直视距离之内的区域，习。在最远直视距离之内的区域，习惯上称为惯上称为照明区照明区；极限直视距离；极限直视距离Rmax以外的区域，则称为以外的区域，则称为阴影区。阴影区。不言而语，利用超短波、微波进行通不言而语，利用超短波、微波进行通信时，接收点应落在发射天线极限直视距离信时，接收点应落在发射天线极限直视距离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间的关系间的关系为为：Rmax3.57HT(m)+HR(m
45、)(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发射天线高发射天线高HT 考虑到考虑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修正应修正为为Rmax 4.12HT(m)+HR(m)(km)由于电磁波的频率远低于光波的频率，电波由于电磁波的频率远低于光波的频率，电波传传播播的的有效直视距离有效直视距离Re约为约为极限直视距离极限直视距离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=24 km.=24 km.第三十二张，PPT共四十四页，创作于
46、2022年6月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 由发射天线直接射到接收点的电波称为直射波；发射天线发出的指向地面的电波，被地面反射而到达接收由发射天线直接射到接收点的电波称为直射波；发射天线发出的指向地面的电波，被地面反射而到达接收点的电波称为反射波。显然，接收点的信号应该是直射波和反射波的合成。电波的合成不会象点的电波称为反射波。显然，接收点的信号应该是直射波和反射波的合成。电波的合成不会象 1+1=21+1=2 那样简单地代数相加，合成结果会随着直射波和反射波间的波程差的不同而不同。波程差那样简单地代数相加，合成结果会随着直射波和反射波间的波程差的不同而不同。波程差为
47、半个波长的奇数倍时，直射波和反射波信号相加，合成为最大；波程差为一个波长的倍为半个波长的奇数倍时，直射波和反射波信号相加，合成为最大；波程差为一个波长的倍数时，直射波和反射波信号相减，合成为最小。可见，地面反射的存在，使得信号强度的数时，直射波和反射波信号相减，合成为最小。可见，地面反射的存在，使得信号强度的空间分布变得相当复杂。空间分布变得相当复杂。实际测量指出：在一定的距离实际测量指出：在一定的距离 R Ri i之内，信号强度随距离或天线高度的增加都会作起伏变化；之内，信号强度随距离或天线高度的增加都会作起伏变化；在一定的距离在一定的距离 R Ri i之外，随距离的增加或天线高度的减少，信
48、号强度将。单调下降。理论计算给之外，随距离的增加或天线高度的减少，信号强度将。单调下降。理论计算给出了这个出了这个 R Ri i 和天线高度和天线高度 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）/，是波长。是波长。不言而喻，不言而喻，R Ri i 必须小于必须小于极限直视距离极限直视距离Rmax。天线的基本知识天线的基本知识第三十三张，PPT共四十四页，创作于2022年6月2.4电波的多径传播电波的多径传播在超短波、微波波段，电波在传播过程中还会遇到障碍物在超短波、微波波段，电波在传播过程中还会遇到障碍物(例如楼房、高大建筑物或山丘
49、例如楼房、高大建筑物或山丘等等)对电波产生反射。因此，到达接收天线的还有多种反射波（广意地说，地面反射波也应包括对电波产生反射。因此，到达接收天线的还有多种反射波（广意地说，地面反射波也应包括在内），这种现象叫为多径传播。在内），这种现象叫为多径传播。由于多径传输，使得信号场强的空间分布变得相当复杂，波动很大，有的地方信号场强增强，有的地由于多径传输，使得信号场强的空间分布变得相当复杂，波动很大，有的地方信号场强增强，有的地方信号场强减弱；也由于多径传输的影响，还会使电波的极化方向发生变化。另外，不同的障碍物对电波的反方信号场强减弱；也由于多径传输的影响，还会使电波的极化方向发生变化。另外，不
50、同的障碍物对电波的反射能力也不同。例如：钢筋水泥建筑物对超短波、微波的反射能力比砖墙强。我们应尽量克服多径传输效应的射能力也不同。例如：钢筋水泥建筑物对超短波、微波的反射能力比砖墙强。我们应尽量克服多径传输效应的负面影响，这也正是在通信质量要求较高的通信网中，人们常常采用空间分集技术或极化分集技术的缘由。负面影响，这也正是在通信质量要求较高的通信网中，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第三十四张，PPT共四十四页，创作于2022年6月2.5电波的绕射传播电波的绕射传播在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕过障碍物向前传播，这种现象叫做电波的绕射。超短波、微