天线基本原理及常用天线介绍.ppt

内容提要一、天线的基本原理二、常用天线介绍三、特型天线介绍一、天线的基本原理•把从传输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1、什么是天线?2、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3 3、天线的工作频率范围、天线的工作频率范围( (带宽带宽) )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有几种不同的定义：一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度；一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度 在移动通信系统中是按后一种定义的，具体的说， 就是当天线的输入驻波比≤1.5时，天线的工作带宽在 820 MHz 1/2 波长 为~ 180mm, 在890 MHz 为~ 170mm175mm对~ 850MHz 将是最佳的该天线的频带宽度 = 890 - 820 = 70MHz当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降在 850MHz 1/2 波长振子 最佳在 890 MHz天线振子在 820 MHz在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。

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无线电波的电场方向称为电 波的极化方向如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为 垂直极化波如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极 化波无线电波的极化垂直极化水平极化+ 45度倾斜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- 45度倾斜的极化4、天线的极化两个天线为一个整体V/H (垂直/水平)倾斜 (+/- 45°)传输两个独立的波双极化天线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 天线辐射的方向性天线辐射的方向性天线的主要技术指标天线的主要技术指标天线匹配指标驻波比≤1.4隔离度≥30dB天线辐射特性指标增益15dBi,17dBi,18dBi主瓣波束宽度65度,90度 第一副瓣抑制-18dB/-22dB 前后比≥30dB 交叉极化比轴向20 ±3015 与国际际接轨轨的 天性辐辐射特性波束效率3dB >70% 10dB>96.5% 杂杂散因子3dB <30% 10dB<3.5%顶视侧视5 5、方向图、方向图在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求 把“面包圈” 压成扁平的一个单一的对称振子具有“面包圈” 形的方向图在这儿增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd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功率更加集中的信号对称振子组阵能够控制辐射，能构成对称振子组阵能够控制辐射，能构成“ “扁平的面包圈扁平的面包圈” ”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/4mW) = 3dB “扇形覆盖天线 ” 将在接收机中有8mW功率 “全向阵”例如在接收机中为4mW功率 (顶视)天线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实测三维方向图实测三维方向图yxzφθr O观察点前后6 6、前后比、前后比方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比它大，天线 定向接收性能就好基本半波振子天线的前后比为１，所以对来 自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力前向功率后向功率以dB表示的前后比 = 10 log 典型值为 25dB 左右目的是有一个尽可能小的反向功率(前向功率) (反向功率)7 7、波束宽度、波束宽度方位即水平面方向图120° (eg)峰值- 10dB点- 10dB点10dB 波束宽度60° (eg)峰值- 3dB点- 3dB点3dB 波束宽度15° (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB32° (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB俯仰面即垂直面方向图在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣 ，其余的瓣称为副瓣。

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，抗干扰能力越强方向图旁瓣显示方向图旁瓣显示上旁瓣抑制下旁瓣抑制l (1)水平方向图的波束宽度与覆盖区域面积有关 8、方向图在移动组网中的应用在移动组网中的应用（2）垂直方向图的波束宽度决定区域内功率的分布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场强的平方之 比，即功率之比增益一般与天线 方向图有关，方向图主瓣越窄，后 瓣、副瓣越小，增益越高七.天线的增益9、增益的定义例：在单射线模条件下，路损变化对覆盖距离的例：在单射线模条件下，路损变化对覆盖距离的 关系，可算出：关系，可算出：增益（dB）覆盖距离（d1/d2）11.1221.2631.4141.5851.7862全向天线增益与垂直波瓣宽度10、 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 用下式近似表示反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，故11、驻波比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Ｚ＝〔138/√εr〕×log(D/d)欧姆50欧姆/或75欧姆 式中，D为同轴电缆外导体内径；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当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上 只有入射波，没有反射波馈线上传输的是行波，馈线上各处的 电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性 阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能 吸收部分能量入射波的一部分能量反射回来形成反射波 9.5 W80 ohms50 ohms朝前: 10W返回: 0.5W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反射系数、驻波系数与回波损耗反射系数、驻波系数与回波损耗在不匹配的情况下,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反射波幅度 （ＺL－Ｚ反射系数Γ＝───── ＝───────入射波幅度 （ＺL＋Ｚ 驻驻波波腹电压电压 与波节电压节电压 幅度之比称为驻为驻 波系数，也叫电电 压驻压驻 波比(VSWR)驻驻波波腹电压电压 幅度最大值值Ｖmax （1+Γ）驻驻波系数Ｓ＝──────────────＝────驻驻波波节电压辐节电压辐 度最小值值Ｖmin （1-Γ）终终端负载负载 阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻驻波系数 越接近于１，匹配也就越好电压驻波比（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 8.0%1.4 2.8% 0.21dB 4.7%1.3 1.7% 0.13dB 2.9%1.2 0.8% 0.07dB 1.1%多径传播与反射用分集接收改善信号电平由于地理环境差异很大，因此，需要各种类型的天线，如何 选择天线，是网络规划设计的一项重要工作。

基站天线的分类基站天线的分类1 1、常规天线、常规天线1 1）、）、HTQ-08HTQ-08／／09-1109-11（（0 0、、3 3、、5 5、、7 7））2 2）、）、HTDB08HTDB08／／096518096518（（0 0、、3 3、、6 6、、9 9））3 3）、）、HTDBS 08HTDBS 08／／09 6509 65／／90 15/17/18dB90 15/17/18dB（（0 0、、3 3、、6 6、、9 9））4 4）、）、HTDBSS 08HTDBSS 08／／0909／／18 6518 65／／65 1565 15／／1717／／1818（（0 0、、3 3、、6 6、、9 9 ））5 5）、）、HTDTBS08HTDTBS08／／0909／／18 65 1518 65 15／／1717／／18 18 二、几种常用天线的介绍l l2 2、特型天线、特型天线l l赋形天线赋形天线 HTDBFS096515HTDBFS096515l l预制下倾天线预制下倾天线HTDBS08HTDBS08／／096515096515、、1818（（3 3、、6 6、、9 9））l l公路双向天线公路双向天线 HTSX08HTSX08、、0909、、7070、、1414l l公路兼镇天线公路兼镇天线 HTD08HTD08、、0909、、210210、、1313l l窄波束高增益天线窄波束高增益天线 HTDBS08HTDBS08／／093021093021l l连续电可调倾角天线连续电可调倾角天线 HTDTBS096515HTDTBS096515／／1717／／1818l l双频双极化电调天线双频双极化电调天线HTDTBS08HTDTBS08／／0909／／18 6518 65／／65 1565 15／／1717／／1818l l电调双天线：电调双天线：HTDTBSS1721HTDTBSS1721／／1721 651721 65／／65 1865 18／／1818l l电调双波束天线：电调双波束天线：HTDTBSS1721HTDTBSS1721／／172130172130／／30 2030 20／／2020l l电调多频天线：电调多频天线：HTDTBSSS0809HTDTBSSS0809／／17181718／／192165192165／／6565／／6565／／ 1717／／1717／／17172 2、多频天线、多频天线l 多频天线主要是指在一个天线频段内包含 三个及三个以上工作频段（不同制式）的宽频 天线。

正如前边所介绍的：806~869 824～896 806～960MHz 一副天线 870～9601710～1880 1850～1990 1710~2170MHz 。