天线基本原理及常用天线介绍.pptx

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1、一、天线的基本原理一、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 1、什么是天线?第1页/共34页2、天线的作用、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。第2页/共34页3 3、天线的工作频率范围(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

2、：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1.51.5时，天线的工作带宽。第3页/共34页在 820 MHz 1/2 波长 为 180mm,在890 MHz 为 170mm 175mm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在 850MHz 1/2 波长振子波长振子最佳最佳在在 890MHz天线振子天线振子在在820MHz 在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。第4页/共34页 无线电波在空间传

3、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。无线电波的极化第5页/共34页垂直极化水平极化+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 4、天线的极化第6页/共34页 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第7页/共34页 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

4、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。天线辐射的方向性第8页/共34页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203015与国际接轨的与国际接轨的天性辐射特性天性辐射特性波束效率波束效率3dB3dB 70%10dB10dB96.5%96.5%杂散因子杂散因子3dB3dB 30%10dB10dB3.5%3.5%第9页/共34页顶视顶视侧视侧视5 5、方向图 在地平面上，为了把信

5、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”形的方向图第10页/共34页在这儿增益=10log(4mW/1mW)=6dBd一个对称台振子一个对称台振子假设在接收机中假设在接收机中有1mW功率功率 在阵中有在阵中有4个对称振子个对称振子 在接收机中就在接收机中就有4 mW功率功率 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”第11页/共34页 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

6、“扇形覆盖天线扇形覆盖天线”将在接收机中有将在接收机中有8mW功率功率“全向阵全向阵”例如在接收机中为例如在接收机中为4mW功率功率(顶视)天线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第12页/共34页实测三维方向图yxzrO观察点前后第13页/共34页6、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，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(前向功率前向功率)(反向功率反向功率)第14页/共

7、34页 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 在在方方向向图图中中通通常常都都有有两两个个瓣瓣或或多多个个瓣瓣，其其中中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。主主瓣瓣两两半半功功率率点点间间的的夹夹角角定定义义为为天天线线方方向向图图的的波波瓣瓣宽宽度度。称称为为半半功功率率（角角）瓣瓣宽宽。主主瓣瓣瓣瓣宽宽越越窄窄，则

8、则方方向向性性越越好好，抗干扰能力越强。抗干扰能力越强。第15页/共34页方向图旁瓣显示上旁瓣抑制下旁瓣抑制第16页/共34页 (1)(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（2 2）垂直方向图的波束宽度决定区域内功率的分布）垂直方向图的波束宽度决定区域内功率的分布第17页/共34页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、增益的定义第18页/共34页例：在单射线模条件下，路损变化对覆盖距离的关系，

9、可算出：增益（增益（dB）覆盖距离（覆盖距离（d1/d2）11.1221.2631.4141.5851.7862第19页/共34页 全向天线增益与垂直波瓣宽度第20页/共34页 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，故第21页/共34页 11 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。表示。同轴电缆的特性阻抗 。138/138/r rlog(D/d)log(D/d)欧姆。通常。=50=50欧姆/或7575欧姆 式中，D

10、D为同轴电缆外导体内径；d d为其芯线外径；r r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。第22页/共34页 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:10

11、W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第23页/共34页 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 （L L。）反射系数 入射波幅度 （L L。）驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比(VSWR)(VSWR)驻波波腹电压幅度最

12、大值max max （1+1+）驻波系数 驻波波节电压辐度最小值min min （1-1-）终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数越接近于，匹配也就越好。第24页/共34页电压驻波比（电压驻波比（VSWR）对网络的影响：）对网络的影响：VSWR 反射功率比反射功率比 辐射功率减少辐射功率减少 减少百分比减少百分比 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%第25页/共34页 多

13、径传播与反射第26页/共34页 用分集接收改善信号电平第27页/共34页 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-0809-1109-11（0 0、3 3、5 5、7 7）2 2）、）、HTDB08HTDB08096518096518（0 0、3 3、6 6、9 9）3 3）、）、HTDBS 08HTDBS 0809 6509 6590 15/17/18dB90 15/17/18dB（0 0、3 3、6 6、9 9）4 4）、）、HTDBSS 08HTD

14、BSS 08090918 6518 6565 1565 1517171818（0 0、3 3、6 6、9 9）5 5）、）、HTDTBS08HTDTBS08090918 65 1518 65 15171718 18 二、几种常用天线的介绍二、几种常用天线的介绍第28页/共34页 2 2、特型天线、特型天线 赋形天线赋形天线 HTDBFS096515HTDBFS096515 预制下倾天线预制下倾天线HTDBS08HTDBS08096515096515、1818（3 3、6 6、9 9）公路双向天线公路双向天线 HTSX08HTSX08、0909、7070、1414 公路兼镇天线公路兼镇天线 HT

15、D08HTD08、0909、210210、1313 窄波束高增益天线窄波束高增益天线 HTDBS08HTDBS08093021093021 连续电可调倾角天线连续电可调倾角天线 HTDTBS096515HTDTBS09651517171818 双频双极化电调天线双频双极化电调天线HTDTBS08HTDTBS08090918 6518 6565 1565 1517171818 电调双天线：电调双天线：HTDTBSS1721HTDTBSS17211721 651721 6565 1865 181818 电调双波束天线：电调双波束天线：HTDTBSS1721HTDTBSS17211721301721

16、3030 2030 202020 电调多频天线：电调多频天线：HTDTBSSS0809HTDTBSSS08091718171819216519216565656565171717171717第29页/共34页2、多频天线 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：806869824896 806960MHz 一副天线8709601710188018501990 17102170MHz 一副天线19202170第30页/共34页806960MHz的超宽频天线现在的一副天线相当于原来的三副天线，并且具备电调功能，既提高了产品性能，又在很大程度上降低了天线的生产成本第31页/共34页3G（17102170MHz）频段的超宽频天线现在的一副天线相当于原来的三副天线，现在的一副天线相当于原来的三副天线，并且具备电调功能，既提高了产品性能，又在很大程度上降低了天线的生产成本并且具备电调功能，既提高了产品性能，又在很大程度上降低了天线的生产成本第32页/共34页超宽频、多频天线现在一副天线相当于原来的现在一副天线相当于原来的9副天线，并且具备电调功能。副天线，并且具备电调功能。第33页/共34页谢谢您的观看！第34页/共34页