天线基本知识.ppt

天天 线线 基基 本本 知知 识识 讲讲 座座健博通电讯实业有限公司健博通电讯实业有限公司技术部技术部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；等等分类。等等分类。天线的基本知识天线的基本知识*电磁波的辐射电磁波的辐射导线上有交上有交变电流流流流动时，就可以，就可以发生生电磁波的磁波的辐射，射，辐射的能力与射的能力与导线的的长度和形状有关。如度和形状有关。如图1.1 a 所示，若两所示，若两导线的距离很近，的距离很近，电场被束被束缚在两在两导线之之间，因而因而辐射很微弱；将两射很微弱；将两导线张开，如开，如图1.1 b 所示，所示，电场就散播在周就散播在周围空空间，因而，因而辐射增射增强。必必须指指出出，当当导线的的长度度L远小小于于波波长时，辐射射很很微微弱弱；导线的的长度度L增增大大到可与波到可与波长相比相比拟时，导线上的上的电流将大大增加，因而就能形成流将大大增加，因而就能形成较强的的辐射。射。天线的基本知识天线的基本知识图1.1 a图1.1 b1.2对称振子对称振子对称振子是一种称振子是一种经典的、迄今典的、迄今为止使用最广泛的天止使用最广泛的天线，单个半波个半波对称振子可称振子可简单地地单独立地使用或用作独立地使用或用作为抛物面天抛物面天线的的馈源，也可采用多个半波源，也可采用多个半波对称振子称振子组成天成天线阵。两臂两臂长度相等的振子叫做度相等的振子叫做对称振子。每臂称振子。每臂长度度为四分之一波四分之一波长、全、全长为二分之一二分之一波波长的振子，称半波的振子，称半波对称振子称振子,见图1.2 a 。另另外外，还有有一一种种异异型型半半波波对称称振振子子，可可看看成成是是将将全全波波对称称振振子子折折合合成成一一个个窄窄长的的矩矩形形框框，并并把把全全波波对称称振振子子的的两两个个端端点点相相叠叠，这个个窄窄长的的矩矩形形框框称称为折折合合振振子子，注注意意，折合振子的折合振子的长度也是度也是为二分之一波二分之一波长，故称，故称为半波折合振子半波折合振子,见图1.2 b 。天线的基本知识天线的基本知识1/4波波长对称振子称振子1/4波波长1/2波波长图1.2 a图1.2 b1.3天线方向性的讨论天线方向性的讨论1.3.1天天线方向性方向性发射射天天线的基本功能之一是把从的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周取得的能量向周围空空间辐射出去，基本功射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。射。垂直放置的半波垂直放置的半波对称振子具有平放的称振子具有平放的“面包圈面包圈”形的形的立体方向立体方向图（图1.3.1a）。）。立体方向立体方向图虽图虽然立体感然立体感强强，但，但绘绘制困制困难难，图图1.3.1b与与图图1.3.1c给给出了它的两个出了它的两个主平面方向主平面方向图，平面方向，平面方向图描述天描述天线在某指定在某指定平面上的方向性。从平面上的方向性。从图1.3.1b可以看出，在振子的可以看出，在振子的轴线方向上方向上辐射射为零，最大零，最大辐射射方向在水平面上；而从方向在水平面上；而从图1.3.1c可以看出，在水平面上各个方向上的可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一射一样大。大。天线的基本知识天线的基本知识图1.3.1 c 水平面方向水平面方向图图1.3.1 b 垂直面方向垂直面方向图图1.3.1a立体方向立体方向图天线的基本知识天线的基本知识1.3.2天天线方向性增方向性增强 若干个若干个对称振子称振子组阵，能能够控制控制辐射，射，产生生“扁平的面包圈扁平的面包圈”，把信号把信号进一一步集中到在水平面方向上。步集中到在水平面方向上。下下图是是4个半波个半波对称振子沿垂称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元上下排列成一个垂直四元阵时的的立体方向立体方向图和垂直面和垂直面方向方向图。垂直面方向垂直面方向图立体方向立体方向图也可以利用反射板可把利用反射板可把辐射能控制到射能控制到单侧方向方向 平平面面反反射射板板放放在在阵列列的的一一边构构成成扇扇形形区区覆覆盖盖天天线。下下面面的的水平面方向图说明了反射反射面面的作用的作用-反射面把功率反射到反射面把功率反射到单侧方向，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全向阵（垂直（垂直阵列列 不不带平面反射板）平面反射板）抛物反射面的使用，更能使天抛物反射面的使用，更能使天线的的辐射，像光学中的探照灯那射，像光学中的探照灯那样，把能量集，把能量集中到一个小立体角内，从而中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而得很高的增益。不言而喻，抛物面天，抛物面天线的构成包括的构成包括两个基本要素：两个基本要素：抛物反射面抛物反射面和和放置在抛物面焦点上的放置在抛物面焦点上的辐射源。射源。扇形区覆盖扇形区覆盖（垂直（垂直阵列列 带平面反射板）平面反射板）平面反射板平面反射板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：在是指：在输入功率相等的条件下，入功率相等的条件下，实际天天线与理想的与理想的辐射射单元在空元在空间同同一点一点处所所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把把输入功率集中入功率集中辐射的程度。增益射的程度。增益显然与天然与天线方向方向图有密切的关系，方向有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。增益越高。可以可以这样来理解来理解增益增益的物理含的物理含义-为在一定的距离上的某点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射天线，需要，需要100W的的输入功率，而用增益入功率，而用增益为G=13dB=20的某定向天的某定向天线作作为发射天射天线时，输入功率只入功率只需需100/20=5W.换言之，某天言之，某天线的的增益，增益，就其最大就其最大辐射方向上的射方向上的辐射效果来射效果来说，与，与无方向性的理想点源无方向性的理想点源相比，把相比，把输入功率放大的倍数。入功率放大的倍数。半波半波对称振子的称振子的增益增益为G=2.15dBi;4个半波个半波对称振子称振子 沿垂沿垂线上下排列，构成一个垂直四元上下排列，构成一个垂直四元阵，其，其增益增益约为G=8.15dBi(dBi这个个单位表示比位表示比较对象是各向均匀象是各向均匀辐射的理想点源射的理想点源)。如果如果以以半波半波对称振子作称振子作比比较对象，象，则增益的增益的单位是位是dBd.半波半波对称振子的称振子的增益增益为G=0dBd（因因为是自己跟自己比，比是自己跟自己比，比值为1，取，取对数数得零得零值。）。）；垂直四元垂直四元阵，其，其增益增益约为G=8.152.15=6dBd.1.3.4波瓣波瓣宽度度方向方向图通常都有两个或多个瓣，其中通常都有两个或多个瓣，其中辐射射强度最大的瓣称度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。参副瓣或旁瓣。参见图1.3.4a,在主瓣最大在主瓣最大辐射方向两射方向两侧，辐射射强度降低度降低3dB（功率密功率密度降低一半）的两点度降低一半）的两点间的的夹角定角定义为波瓣波瓣宽度（度（又称又称波束波束宽度度 或或主瓣主瓣宽度度 或或半半功率角功率角）。波瓣）。波瓣宽度度越窄，方向性越好，作用距离越越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干，抗干扰能力越能力越强。还有有一一种种波波瓣瓣宽度度，即即10dB波波瓣瓣宽度度，顾名名思思义它它是是方方向向图中中辐射射强度度降降低低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的的夹角，角，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1.3.4a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中，前后瓣最大中，前后瓣最大值之比称之比称为前后比，前后比，记为F/B。前后比越大，天前后比越大，天线的后向的后向辐射（或接收）越小。前后比射（或接收）越小。前后比F/B的的计算十分算十分简单-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）对天天线的的前前后后比比F/B有有要要求求时，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天天线增益的若干近似增益的若干近似计算式算式1）天）天线主瓣主瓣宽度越窄，增益越高。度越窄，增益越高。对于一般天于一般天线，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分分别为天天线在两个主平面上的波瓣在两个主平面上的波瓣宽度；度；32000是是统计出来的出来的经验数据。数据。2）对于于抛物面天抛物面天线，可用下式近似，可用下式近似计算算其增益其增益：G（dBi）=10Lg4.5（D/0）2式中，式中，D为抛物面直径抛物面直径；0为中心工作波中心工作波长；4.5是是统计出来的出来的经验数据。数据。3）对于于直立全向天直立全向天线，有近似，有近似计算式算式 G（dBi）=10Lg2L/0式中，式中，L为天天线长度度；0为中心工作波中心工作波长；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于于基基站站天天线，人人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。这就就是是所所谓的的上上旁旁瓣瓣抑抑制制。基基站站的的服服务对象象是是地地面面上上的的移移动电话用用户，指向天空的，指向天空的辐射是毫无意射是毫无意义的的。天线的基本知识天线的基本知识1.3.8天天线的下的下倾为使主波瓣指向地面，安置使主波瓣指向地面，安置时需要将天需要将天线适度下适度下倾。天线的基本知识天线的基本知识垂直极化垂直极化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-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，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，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。馈送送到到一一种种极极化化的的天天线中中去去的的信信号号多多少少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中中出出现。例例如如下下图所所示示的的双双极极化化天天线中中，设输入入垂垂直直极极化化天天线的的功功率率为10W，结果果在在水水平平极极化化天天线的的输出出端端测得得的的输出出功功率率为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在在这种情况下的种情况下的极化极化隔离隔离为X=10 Lg(10,000 mW/10 mW)=30（dB）1.5天线的输入阻抗天线的输入阻抗Zin定定义：天天线输入端信号入端信号电压与信号与信号电流之比，称流之比，称为天天线的的输入阻抗。入阻抗。输入入阻抗具有阻抗具有电阻分量阻分量Rin和和电抗分量抗分量Xin，即即Zin=Rin+jXin。电抗分量的存在会抗分量的存在会减少天减少天线从从馈线对信号功率的提取，因此，必信号功率的提取，因此，必须使使电抗分量尽可能抗分量尽可能为零，也就是零，也就是应尽可能使天尽可能使天线的的输入阻抗入阻抗为纯电阻。事阻。事实上，即使是上，即使是设计、调试得很好的天得很好的天线，其其输入阻抗中入阻抗中总还含有一个小的含有一个小的电抗分量抗分量值。输入阻抗与天入阻抗与天线的的结构、尺寸以及工作波构、尺寸以及工作波长有关，半波有关，半波对称振子是最重要的称振子是最重要的基本天基本天线，其，其输入阻抗入阻抗为Zin=73.142.5(欧欧)。当把其。当把其长度度缩短（）短（）时，就可以消除其中的，就可以消除其中的电抗分量，使天抗分量，使天线的的输入阻抗入阻抗为纯电阻，此阻，此时的的输入阻抗入阻抗为Zin=73.1(欧欧),（标称称75欧）欧）。注意，。注意，严格的格的说，纯电阻性的天阻性的天线输入阻抗只入阻抗只是是对点点频而言的。而言的。顺便指出，半波折合振子的便指出，半波折合振子的输入阻抗入阻抗为半波半波对称振子的四倍，即称振子的四倍，即Zin=280(欧欧),（标称称300欧）。欧）。有趣的是，有趣的是，对于任一天于任一天线，人，人们总可通可通过天天线阻抗阻抗调试，在要求的工作，在要求的工作频率率范范围内，使内，使输入阻抗的虚部很小且入阻抗的虚部很小且实部相当接近部相当接近50欧，从而使得天欧，从而使得天线的的输入阻抗入阻抗为Zin=Rin=50欧欧-这是天是天线能与能与馈线处于良好的阻抗匹配所必于良好的阻抗匹配所必须的。的。天线的基本知识天线的基本知识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）无无论是是发射天射天线还是接收天是接收天线，它，它们总是在一定的是在一定的频率范率范围（频带宽度）（频带宽度）内工作内工作的，天的，天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-一种是指：在一种是指：在驻波比波比SWR1.5条件下，天条件下，天线的工作的工作频带宽度；度；一种是指：天一种是指：天线增益下降增益下降3分分贝范范围内的内的频带宽度。度。在移在移动通信系通信系统中，通常是按前一种定中，通常是按前一种定义的，具体的的，具体的说，天，天线的的频带宽度频带宽度就是就是天天线的的驻波比波比SWR不超不超过1.5时，天，天线的工作的工作频率范率范围。一一般般说来来，在在工工作作频带宽度度内内的的各各个个频率率点点上上,天天线性性能能是是有有差差异异的的，但但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 无无论是是GSM还是是CDMA，板状天板状天线是用得最是用得最为普遍的一普遍的一类极极为重要的基站天重要的基站天线。这种天种天线的的优点是：增益高、扇形区方向点是：增益高、扇形区方向图好、后好、后瓣小、垂直面方向瓣小、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可靠以及使用寿命长。板状天板状天线也常常被用作也常常被用作为直放站的用直放站的用户天天线，根据作用扇形区的，根据作用扇形区的范范围大小，大小，应选择相相应的天的天线型号。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率范率范围频带宽度度增益增益极化极化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度度前后比前后比下下倾角（可角（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互互调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（两个半波振子（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.在直在直线阵的一的一侧加一加一块反射板反射板（以（以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例）例）增益为 G=1114dB天线的基本知识天线的基本知识C.为提高板状天提高板状天线的增益，的增益，还可以可以进一步采用八个半波振子排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的增益约为8dB；一一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，即常即常规板状天板状天线，其增益，其增益约为1417dB。一一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，即加，即加长型板状天型板状天线，其增益，其增益约为1619dB.不言而不言而喻，加，加长型板状天型板状天线的的长度，度，为常常规板状天板状天线的一倍，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抛物面天线从性能价格比出从性能价格比出发，人，人们常常常常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。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.它特它特别适用于点适用于点对点的通信，例如它常常被点的通信，例如它常常被选用用为直放站的直放站的施主天施主天线。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，这也正是这也正是直放站系直放站系统防自激而防自激而对接收天接收天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，它特别适用适用于点于点对点的通信，例如它是室内分布系点的通信，例如它是室内分布系统的室外的室外接收天接收天线的首的首选天天线类型。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，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移移动通信使用的通信使用的频段段为：GSM：890960MHz，17101880MHzCDMA:806896MHz806960MHz频率率范围范围属属超短波超短波范围；范围；17101880MHz频率率范围范围属属微波微波范围。范围。电波的波的频率不同，或者率不同，或者说波波长不同，其不同，其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 1910(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极限直极限直视距离距离超短波特超短波特别是微波，是微波，频率很高，波率很高，波长很短，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，因此不能依靠地表面波作依靠地表面波作较远距离的距离的传播。超短波特播。超短波特别是微波，主要是由空是微波，主要是由空间波来波来传播的。播的。简单地地说，空，空间波是在空波是在空间范范围内沿直内沿直线方向方向传播的波。播的波。显然，由于地球的曲率使然，由于地球的曲率使空空间波波传播存在一个播存在一个极限直极限直视距离距离Rmax。在最在最远直直视距离之内的区域，距离之内的区域，习惯上称上称为照明区照明区；极限直；极限直视距离距离Rmax以外的区域，以外的区域，则称称为阴影区。阴影区。不言而不言而语，利用，利用超短波、超短波、微波微波进行通信行通信时，接收点，接收点应落在落在发射天射天线极限直极限直视距离距离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，极限直视距离距离Rmax和和发射天射天线与接收天与接收天线的高度的高度HT与与HR间的关系的关系为：Rmax3.57HT(m)+HR(m)(km)天线的基本知识天线的基本知识RTRTRR接收天接收天线高高HR发射天射天线高高HT 考考虑到到大气大气层对层对电波的折射作用，波的折射作用，极限极限直直视视距离距离应修正修正为为Rmax 4.12HT(m)+HR(m)(km)由于由于电磁波的磁波的频率率远低于光波的低于光波的频率，率，电波波传传播播的的有效直有效直视距离距离Re约为极限直极限直视距离距离Rmax的的70%，即，即Re=0.7Rmax.例如，例如，HT与与HR分分别为49m和和1.7m，则有效直有效直视距离距离为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 由由发射天射天线直接射到接收点的直接射到接收点的电波称波称为直射波；直射波；发射天射天线发出的指向地面的出的指向地面的电波，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波称波称为反射波。反射波。显然，接收点的信号然，接收点的信号应该是直射是直射波和反射波的合成。波和反射波的合成。电波的合成不会象波的合成不会象 1+1=21+1=2 那那样简单地代数相加，合成地代数相加，合成结果果会随着直射波和反射波会随着直射波和反射波间的波程差的不同而不同。波程差的波程差的不同而不同。波程差为半个波半个波长的奇数倍的奇数倍时，直射波和反射波信号相加，合成直射波和反射波信号相加，合成为最大；波程差最大；波程差为一个波一个波长的倍数的倍数时，直射波和反，直射波和反射波信号相减，合成射波信号相减，合成为最小。可最小。可见，地面反射的存在，使得信号，地面反射的存在，使得信号强度的空度的空间分布分布变得相当复得相当复杂。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，信号强度随距离或天度随距离或天线高度的增加都会高度的增加都会作起伏作起伏变化；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高度的减少，信号高度的减少，信号强度将。度将。单调下降。理下降。理论计算算给出了出了这个个 R Ri i 和天和天线高度高度 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。不言而不言而喻，R Ri i 必必须小于小于极限直极限直视距离距离Rmax。天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，电波在波在传播播过程中程中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)对电波波产生反射。因此，到达接收天生反射。因此，到达接收天线的的还有多种反射波（广意地有多种反射波（广意地说，地面反射波也地面反射波也应包括在内），包括在内），这种种现象叫象叫为多径多径传播。播。由于多径由于多径传输，使得信号，使得信号场强的空的空间分布分布变得相当复得相当复杂，波，波动很大，有的很大，有的地方信号地方信号场强增增强，有的地方信号，有的地方信号场强减弱；也由于多径减弱；也由于多径传输的影响，的影响，还会使会使电波波的极化方向的极化方向发生生变化。另外，不同的障碍物化。另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不同。例如：波的反射能力也不同。例如：钢筋筋水泥建筑物水泥建筑物对超短波、微波的反射能力比超短波、微波的反射能力比砖墙强。我。我们应尽量克服多径尽量克服多径传输效效应的的负面影响，面影响，这也正是在通信也正是在通信质量要求量要求较高的通信网中，人高的通信网中，人们常常采用空常常采用空间分集技分集技术或极化分集技或极化分集技术的的缘由。由。天线的基本知识天线的基本知识2.5电波的绕射传播电波的绕射传播在在传播途径中遇到大障碍物播途径中遇到大障碍物时，电波会波会绕过障碍物向前障碍物向前传播，播，这种种现象叫做象叫做电波的波的绕射。超短波、微波的射。超短波、微波的频率率较高，波高，波长短，短，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度小，形成所度小，形成所谓的的“阴影区阴影区”。信号。信号质量受到影响的程度，不量受到影响的程度，不仅和建筑物的高度和建筑物的高度有关，和接收天有关，和接收天线与建筑物之与建筑物之间的距离有关，的距离有关，还和和频率有关。例如有一个建筑物，率有关。例如有一个建筑物，其高度其高度为10米，在建筑物后面距离米，在建筑物后面距离200米米处，接收的信号，接收的信号质量几乎不受影响，但在量几乎不受影响，但在100米米处，接收信号，接收信号场强比无建筑物比无建筑物时明明显减弱。注意，减弱。注意，诚如上面所如上面所说过的那的那样，减，减弱程度弱程度还与信号与信号频率有关，率有关，对于于216223兆赫的射兆赫的射频信号，接收信号信号，接收信号场强比无建比无建筑物筑物时低低16dB，对于于670兆赫的射兆赫的射频信号，接收信号信号，接收信号场强比无建筑物比无建筑物时低低20dB.如如果建筑物高度增加到果建筑物高度增加到50米米时，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，频率越高、建筑物越高、接收天率越高、建筑物越高、接收天线与建筑物越近，信号与建筑物越近，信号强度与通信度与通信质量受影响程度越大；相反，量受影响程度越大；相反，频率越低，建筑物越矮、接收天率越低，建筑物越矮、接收天线与建筑与建筑物越物越远，影响越小。，影响越小。因此，因此，选择基站基站场地以及架地以及架设天天线时，一定要考，一定要考虑到到绕射射传播可能播可能产生的各种生的各种不利影响，注意到不利影响，注意到对绕射射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接天接天线和和发射机射机输出端（或接收机出端（或接收机输入端）的入端）的电缆称称为传输线或或馈线。传输线的主要任的主要任务是有效地是有效地传输信号能量，因此，它信号能量，因此，它应能将能将发射机射机发出的信号功率以最小出的信号功率以最小的的损耗耗传送到送到发射天射天线的的输入端，或将天入端，或将天线接收到的信号以最小的接收到的信号以最小的损耗耗传送到接收送到接收机机输入端，同入端，同时它本身不它本身不应拾取或拾取或产生生杂散干散干扰信号，信号，这样，就要求，就要求传输线必必须屏屏蔽。蔽。顺便指出，当便指出，当传输线的物理的物理长度等于或大于所度等于或大于所传送信号的波送信号的波长时，传输线又叫做又叫做长线。3.1传输线的种的种类超超短短波波段段的的传输线一一般般有有两两种种：平平行行双双线传输线和和同同轴电缆传输线；微微波波波波段段的的传输线有有同同轴电缆传输线、波波导和和微微带。平平行行双双线传输线由由两两根根平平行行的的导线组成成它它是是对称称式式或或平平衡衡式式的的传输线，这种种馈线损耗耗大大，不不能能用用于于UHF频段段。同同轴电缆传输线的的两两根根导线分分别为芯芯线和和屏屏蔽蔽铜网网，因因铜网网接接地地，两两根根导体体对地地不不对称称，因因此此叫叫做做不不对称称式式或或不不平平衡衡式式传输线。同同轴电缆工工作作频率率范范围宽，损耗耗小小，对静静电耦耦合合有有一一定定的的屏屏蔽蔽作作用用，但但对磁磁场的的干干扰却却无无能能为力力。使使用用时切切忌忌与与有有强电流流的的线路路并并行行走向，也不能靠近低走向，也不能靠近低频信号信号线路。路。天线的基本知识天线的基本知识3.2传输线的特性阻抗的特性阻抗无限无限长传输线上各上各处的的电压与与电流的比流的比值定定义为传输线的特性阻抗，用的特性阻抗，用0表示。表示。同同