天线实用技术幻灯片.ppt

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1、第1页，共14页，编辑于2022年，星期五引言n本技术讲座主要根据宽带无线局域网系统组网实用工程中涉及天本技术讲座主要根据宽带无线局域网系统组网实用工程中涉及天线的有关问题讲解相关的基础知识。线的有关问题讲解相关的基础知识。涉及的相关内容有：涉及的相关内容有：（1 1）天线的定义；（）天线的定义；（2 2）天线的基本类型；）天线的基本类型；（3 3）天线的主要技术指标及其意义；天线的主要技术指标及其意义；（4 4）传输距离与发射）传输距离与发射/接收天线增益、发接收天线增益、发射功率和接收灵敏度的关系；射功率和接收灵敏度的关系；（5 5）扩频系统中处理增益对系统传输性能）扩频系统中处理增益对系

2、统传输性能改善的基本概念；改善的基本概念；（6 6）与宽带无线局域网相关天线的特点及适用范围；）与宽带无线局域网相关天线的特点及适用范围；（7 7）根据实际地形、地貌和系统具体情况，选择合适天线、架设条件及射）根据实际地形、地貌和系统具体情况，选择合适天线、架设条件及射频系统的配置；频系统的配置；（8 8）天线安装架设中注意事项及防雷安装要求。）天线安装架设中注意事项及防雷安装要求。第2页，共14页，编辑于2022年，星期五天线是什么？n众所周知，凡是依靠空间无线电磁波传输信息的系统或设备都离不众所周知，凡是依靠空间无线电磁波传输信息的系统或设备都离不开天线。天线是无线传输系统中的关键装置之一

3、。天线的英文是开天线。天线是无线传输系统中的关键装置之一。天线的英文是“AntennaAntenna”,本意为昆虫的触角，用来发送和接受信息。天线本意为昆虫的触角，用来发送和接受信息。天线等效于人体的等效于人体的“五官五官”，可表达和接受信息。根据，可表达和接受信息。根据IEEEIEEE的天线定的天线定义为：义为：“是辐射和接收无线电波的装置。是辐射和接收无线电波的装置。”更专业化定义是：一更专业化定义是：一种将导行波转换为空间波（发射），或将空间波转换为导行种将导行波转换为空间波（发射），或将空间波转换为导行波（接收）的能量转换装置波（接收）的能量转换装置。第3页，共14页，编辑于2022年

4、，星期五天线的基本类型n天线类型可谓是五花八门，种类繁多，形式多样枚不胜举。一般按对天线的分析方法来分类共天线类型可谓是五花八门，种类繁多，形式多样枚不胜举。一般按对天线的分析方法来分类共有三大类：有三大类：1 1）线天线：是指天线结构具有线状结构特点，而且金属导线半径远小于波长的天线。）线天线：是指天线结构具有线状结构特点，而且金属导线半径远小于波长的天线。如：振子天线、环天线、螺旋天线等；如：振子天线、环天线、螺旋天线等；2 2）面天线或称口径天线：是指电磁波通过一定口径向外辐射的天线。如：喇叭天线、）面天线或称口径天线：是指电磁波通过一定口径向外辐射的天线。如：喇叭天线、板状天线、角反射

5、天线、抛物面天线、栅格天线、卡塞格伦天线等；板状天线、角反射天线、抛物面天线、栅格天线、卡塞格伦天线等；3 3）天线阵：是指天线的辐射单元按一定规律排列和激励（或称馈电，指馈给每个辐射单）天线阵：是指天线的辐射单元按一定规律排列和激励（或称馈电，指馈给每个辐射单元信号的幅度和相位）的天线群体。如：美国爱国者导弹中的相控阵雷达系统、美元信号的幅度和相位）的天线群体。如：美国爱国者导弹中的相控阵雷达系统、美F-22F-22战战机和俄米格机和俄米格-35-35战机的机载相控阵雷达系统、预警飞机、导弹和空间分集移动通信系统等。战机的机载相控阵雷达系统、预警飞机、导弹和空间分集移动通信系统等。在宽带无线

6、局域网系统的实际工程中，一般按天线辐射方向图来分类，即全向天线和定向天线两大类。在宽带无线局域网系统的实际工程中，一般按天线辐射方向图来分类，即全向天线和定向天线两大类。（天线辐射方向图的定义：天线辐射空间能量分布图，或天线辐射特性与空间坐标间的函数关系图形）（天线辐射方向图的定义：天线辐射空间能量分布图，或天线辐射特性与空间坐标间的函数关系图形）第4页，共14页，编辑于2022年，星期五天线的主要技术指标及其意义n天线的主要技术指标：天线的主要技术指标：（收发互易，参数相同）（收发互易，参数相同）1)1)工作频率范围：指天线适用的工作频段。如：宽带无线局域网系统所用的工作频段为工作频率范围：

7、指天线适用的工作频段。如：宽带无线局域网系统所用的工作频段为（IEEE802.11bIEEE802.11b）：）：2400-2500MHz2400-2500MHz；（；（IEEE802.11a IEEE802.11a）：）：5150-5825MHz 5150-5825MHz。2 2）天线增益：定义：最大辐射方向辐射强度与天线无耗时平均辐射强度之天线增益：定义：最大辐射方向辐射强度与天线无耗时平均辐射强度之比。平均辐射强度是指具有相同输入功率，且为无耗各向同性源的辐射强度。比。平均辐射强度是指具有相同输入功率，且为无耗各向同性源的辐射强度。即特定参考天线的辐射强度。公式表达为：即特定参考天线的辐

8、射强度。公式表达为：G=Um/(Pin/4G=Um/(Pin/4)或或 G=10lg(G=10lg(Um/(Pin/4Um/(Pin/4)dBi)dBi 其中：其中：UmUm为为最大辐射方向辐射强度，最大辐射方向辐射强度，PinPin为输入功率，为输入功率，4 4 为全向立体角。为全向立体角。3)3)电压驻波比（电压驻波比（VSWRVSWR：Voltage Stand-Wave Ratio):Voltage Stand-Wave Ratio):是描述天线输入端与传输系统特性阻抗（一般为是描述天线输入端与传输系统特性阻抗（一般为5050）的匹配状况。一般该指标为：）的匹配状况。一般该指标为：1.

9、51.5。第5页，共14页，编辑于2022年，星期五天线的主要技术指标及其意义 4 4）极化：极化是描述电场矢量方向和幅度的时变特性，即瞬时电场矢量的端点随时间变化的）极化：极化是描述电场矢量方向和幅度的时变特性，即瞬时电场矢量的端点随时间变化的图形，称为电场矢量的极化。简称波的极化。图形，称为电场矢量的极化。简称波的极化。极化一般分为三类：极化一般分为三类：a)a)线极化：分水平极化、垂直极化和任意方向的极化的三线极化：分水平极化、垂直极化和任意方向的极化的三种情况；种情况；b)b)圆极化：分左旋极化和右旋极化两种情况；圆极化：分左旋极化和右旋极化两种情况；c)c)椭圆极化：分左椭圆极化椭圆

10、极化：分左椭圆极化和右椭圆极化两种情况。和右椭圆极化两种情况。关键点：关键点：1.1.宽带无线局域网系统都是线极化，一般均为水平或垂直极化。宽带无线局域网系统都是线极化，一般均为水平或垂直极化。关键点：关键点：2.2.当极化方向相同时耦合最强，天线安装时收当极化方向相同时耦合最强，天线安装时收/发天线极化一定要一致，发天线极化一定要一致，否则会因为极化不同产生极化隔离（或极化失配）而影响系统信号传输效果。否则会因为极化不同产生极化隔离（或极化失配）而影响系统信号传输效果。5 5）与辐射方向图相关的参数：）与辐射方向图相关的参数：1.1.半功率点波瓣宽度半功率点波瓣宽度;2.;2.水平面主波瓣宽

11、度；水平面主波瓣宽度；3.3.垂直面垂直面主波瓣宽度；主波瓣宽度；4.4.波瓣立体角；波瓣立体角；5.5.第一副瓣电平；第一副瓣电平；6.6.前后比。前后比。概念：一般主瓣越窄增益越高，反之亦然。副瓣越小，前后比越大，天线性能就越好。概念：一般主瓣越窄增益越高，反之亦然。副瓣越小，前后比越大，天线性能就越好。第6页，共14页，编辑于2022年，星期五天线的主要技术指标及其意义 6 6）天线输入）天线输入/输出接口与输出接口与APAP（Access Point)Access Point)的连接的连接 宽带无线局域网系统中天线输入宽带无线局域网系统中天线输入/输出接口一般均为输出接口一般均为N-5

12、0J/KN-50J/K（FEMALE/MALEFEMALE/MALE）或或SMA-J/KSMA-J/K。通常插座（通常插座（FEMALE/JFEMALE/J）较多。较多。N-50J/KN-50J/K为英制，为英制，L16L16为公制。天线输入为公制。天线输入/输出输出接口与接口与APAP（Access Point)Access Point)的连接通常须用一段的连接通常须用一段5050 低损耗馈线，一般要求这段馈线尽可低损耗馈线，一般要求这段馈线尽可能短。而能短。而APAP接口为接口为SMA-JSMA-J，但内导体为针状（特制），本公司有专用转接器备用选但内导体为针状（特制），本公司有专用转接器

13、备用选件硬转换为标准件硬转换为标准SMA-JSMA-J接口，或专用转接低损耗短电缆备用选件直接与接口，或专用转接低损耗短电缆备用选件直接与APAP连接，连接，以解决低损耗粗电缆转接带来得不便。以解决低损耗粗电缆转接带来得不便。7 7）雷电防护）雷电防护 一般均采用直接接地方式。一般均采用直接接地方式。8 8）抗风指标）抗风指标 9 9）最大输入功率）最大输入功率 一般均为一般均为100100W W，宽带无线局域网系统中是小功率一般为几十毫瓦功率，高功率的网宽带无线局域网系统中是小功率一般为几十毫瓦功率，高功率的网卡输出功率可达卡输出功率可达200200mW(23dBmW),mW(23dBmW)

14、,或加或加BOOSTER(BOOSTER(双向放大器）目前输出功率一般为：双向放大器）目前输出功率一般为：0.50.5W,1W W,1W 或或5 5W W，已基本满足要求。已基本满足要求。第7页，共14页，编辑于2022年，星期五传输距离与发射/接收天线增益、发射功率和接收灵敏度的关系n公式为：公式为：S=kSmax Smax=(/4)(GTPTGR/PR)1/2 其中：其中：S S为传输距离，为传输距离，k k为传输系数（为传输系数（1 1），S Smaxmax为最大为最大传输距离，传输距离，为波长，为波长，G GT T发射天线增益，发射天线增益，G GR R接收天线增益，接收天线增益，P

15、PT T发射功率，发射功率，P PR R接接收灵敏度。收灵敏度。注：理想架高，视距传播。注：理想架高，视距传播。第8页，共14页，编辑于2022年，星期五扩频系统中处理增益对系统传 输性能改善的基本概念n处理增益的近似公式：处理增益的近似公式：GP=BC/BM=BC/RI 其中其中G GP P为处理增益，为处理增益，B BC C为已扩展信号的射频带宽，为已扩展信号的射频带宽，B BM M原始（基带）信号带宽，原始（基带）信号带宽，R RI I 信息传信息传输速率。输速率。根据信息论香农公式，处理增益等效与接收灵敏度的改善。宽带无线局域网系统根据信息论香农公式，处理增益等效与接收灵敏度的改善。宽

16、带无线局域网系统中由于采用扩频方案，这就可采用降低信息传输速率办法提高数据传输可靠性。中由于采用扩频方案，这就可采用降低信息传输速率办法提高数据传输可靠性。第9页，共14页，编辑于2022年，星期五与宽带无线局域网相关天线 的特点及适用范围n宽带无线局域网组网中电磁波覆盖有几种形式如：点对点、一点对多点、区域覆盖（室内和室宽带无线局域网组网中电磁波覆盖有几种形式如：点对点、一点对多点、区域覆盖（室内和室外）或是几种形式组合等情况。对应的天线也有不同的形式，下面介绍与宽带无线局域网组网外）或是几种形式组合等情况。对应的天线也有不同的形式，下面介绍与宽带无线局域网组网相关天线的特点及使用范围。相关

17、天线的特点及使用范围。1 1）不同增益的全向天线。一般用于一点对多点室内和室外的电磁波覆盖。）不同增益的全向天线。一般用于一点对多点室内和室外的电磁波覆盖。其增益范围通常其增益范围通常3-153-15dBidBi。通常通常3-53-5dBidBi多为吸顶全向天线用于室内电磁波覆盖。多为吸顶全向天线用于室内电磁波覆盖。5-15 5-15dBidBi通常多为竿状全向天线用于室外电磁波覆盖。通常多为竿状全向天线用于室外电磁波覆盖。全向天线方向图水平面是圆。全向天线方向图水平面是圆。吸顶全向天线垂直面方向图为蝴蝶状。吸顶全向天线垂直面方向图为蝴蝶状。竿状全向天线垂直面方向图为橄榄状。竿状全向天线有常规

18、、高效率和主瓣下倾几种情况。竿状全向天线垂直面方向图为橄榄状。竿状全向天线有常规、高效率和主瓣下倾几种情况。2 2）不同增益和形式的定向天线。一般用于点对点和一点对多点固定扇形角的室内和室外）不同增益和形式的定向天线。一般用于点对点和一点对多点固定扇形角的室内和室外电磁波覆盖。电磁波覆盖。第10页，共14页，编辑于2022年，星期五与宽带无线局域网相关天线 的特点及适用范围 其增益范围通常其增益范围通常3-333-33dBidBi。通常通常3-53-5dBidBi多为用于室内电磁波覆盖。多为用于室内电磁波覆盖。10-33 10-33dBidBi通常用于室外电磁波覆盖。一般用于点对点、一点对多点

19、的电磁波覆盖。通常用于室外电磁波覆盖。一般用于点对点、一点对多点的电磁波覆盖。天线形式有：低增益固定扇形角室内定向天线、角反射天线、平板天线、八木（天线形式有：低增益固定扇形角室内定向天线、角反射天线、平板天线、八木（YAGIYAGI）天线、背天线、背射天线、抛物面天线、切割抛物面栅格天线、抛物面栅格天线等。射天线、抛物面天线、切割抛物面栅格天线、抛物面栅格天线等。第11页，共14页，编辑于2022年，星期五根据实际地形、地貌和系统具体情况，选择合适天线、架根据实际地形、地貌和系统具体情况，选择合适天线、架设条件及射频系统的配置设条件及射频系统的配置n主要根据用户要求、电磁波覆盖范围、传输方式

20、（如点对点、一点对多点、区域覆盖主要根据用户要求、电磁波覆盖范围、传输方式（如点对点、一点对多点、区域覆盖（室内和室外）或是几种形式组合等情况。）和距离选取合适的天线及架设条件，室内（室内和室外）或是几种形式组合等情况。）和距离选取合适的天线及架设条件，室内尽可能保证视距传播，按其方向图有效覆盖。室外除尽可能保证无阻挡视距传播，按其尽可能保证视距传播，按其方向图有效覆盖。室外除尽可能保证无阻挡视距传播，按其方向图有效覆盖外，还要尽可能保证理想架高条件以减小地面对传播的影响。此外可根方向图有效覆盖外，还要尽可能保证理想架高条件以减小地面对传播的影响。此外可根据系统具体情况合理选取据系统具体情况合

21、理选取BOOSTERBOOSTER（双向放大器）来保证系统性能。有关细节在后续的双向放大器）来保证系统性能。有关细节在后续的相关内容中介绍。相关内容中介绍。第12页，共14页，编辑于2022年，星期五天线安装架设中注意事项及防雷安装要求天线安装架设中注意事项及防雷安装要求n1 1）一般机械安装配有对应的附件和说明书。）一般机械安装配有对应的附件和说明书。n2 2）尽可能远离地面，理想架高和视距传播。）尽可能远离地面，理想架高和视距传播。n3 3）极化一致。）极化一致。n4 4）天线方向对准，目测、借助仪表和设备或系统。）天线方向对准，目测、借助仪表和设备或系统。n5 5）避雷器及防雷安装。）避

22、雷器及防雷安装。n避雷器主要指标：避雷器主要指标：n1)1)工作频率范围：工作频率范围：DC-3GHzDC-3GHzn2)2)接口：接口：N-50J/KN-50J/Kn3)3)电压驻波比：电压驻波比：1.4 1.4n4)4)插入损耗：插入损耗：0.4 0.4dBdBn5)5)最大承受功率：最大承受功率：36 36W W（2525 C C时）时）n6 6）绝缘电阻：）绝缘电阻：50 50M M (DC:100V)(DC:100V)n7)DC7)DC放电电压：放电电压：150 150V V 20%20%n8)8)起始脉冲放电电压：起始脉冲放电电压：700 700V V（1KV/1KV/s)s)n9

23、)9)额定脉冲放电：额定脉冲放电：10 10ka 8/20 ka 8/20 s 5s 5次次n1010）接地方式：）接地方式：外壳或螺丝接大地外壳或螺丝接大地第13页，共14页，编辑于2022年，星期五天线安装架设中注意事项及防雷安装要求天线安装架设中注意事项及防雷安装要求n避雷器安装注意事项：避雷器安装注意事项：n除连接牢靠外，关键是接地良好，即和大地连接良好。一般天线防雷多采用直接接地方式。除连接牢靠外，关键是接地良好，即和大地连接良好。一般天线防雷多采用直接接地方式。建筑物中应找到其接地端，如没有应安装专用接地线，且保证接地良好。这是避雷器安装建筑物中应找到其接地端，如没有应安装专用接地线，且保证接地良好。这是避雷器安装的关键。的关键。第14页，共14页，编辑于2022年，星期五