GSM天线知识介绍.ppt

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1、天线知识介绍天线知识介绍天线知识介绍天线知识介绍无线产品课程开发室无线产品课程开发室引入引入移移动动通通信信是是当当今今通通信信领领域域内内最最为为活活跃跃、发发展展最最为为迅迅速速的的领领域域之之一一，天天线线是是用用户户终终端端与与基基站站控控制制设设备备间间通通信信的的桥桥梁梁，广广泛泛应应用用于于移移动动通通信信和和无无线线接接入入通通信信系系统统中中,它它的的迅迅猛猛发发展展产产生生了了巨巨大大的的推推动动力力，推推动动了了天天线线概概念念的的变变革革和和技技术术的的创创新新。能能否否对对移移动动通通信信中中天天线线方方面面的的知知识识有有深深入入的的了了解解、全全面面掌掌握握天天线

2、线相相关关的的知知识识，无无论论是是对对产产品品的的安安装装和和维维护护、网网络络规规划划工作的顺利开展，都有着十分重要的意义。工作的顺利开展，都有着十分重要的意义。学习目标学习目标1 1、无线电波和超短波的基本知识、无线电波和超短波的基本知识 2 2、天线辐射电磁波的基本原理介绍、天线辐射电磁波的基本原理介绍 3 3、关于天线、关于天线传输线的概念介绍传输线的概念介绍4、基站天馈系统、基站天馈系统5、掌握基站天线的选型原则、掌握基站天线的选型原则学习完本课程，您应该能够对以下知识有基本的了解：学习完本课程，您应该能够对以下知识有基本的了解：课程内容课程内容第一章第一章 无线电波和超短波的基本

3、知识无线电波和超短波的基本知识第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理第三章第三章 天线传输线的概念介绍天线传输线的概念介绍第四章第四章 基站天馈系统基站天馈系统第五章第五章 基站天线的选型基站天线的选型第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识l l第第第第一一一一节节节节 无无无无线线线线电电电电波波波波的的的的基基基基本本本本知知知知识识识识三三节节节内容节内容l第二节第二节超短波的基本知识超短波的基本知识第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识1、无线电波的基本知识、无线电波的基本知识1、1 无线电波的概念无线电波

4、的概念:无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。直于传播方向。第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识无无线线电电波波和和光光波波一一样样，它它的的传传播播速速度度和和传传播播媒媒质质有有关关。无无线线电电波波在在真真空空中中的的传传播播速速度度等等于于光光速速。我我们们用用公公里里秒秒表表示示。在在媒媒质质中中的的传传播播速速度度为为：/（）1/21/2，式中，式中为传播媒质的相对介电常数。为传播媒质的相对介电常数。无

5、线电波无线电波类似一个类似一个池塘上的波纹，在传池塘上的波纹，在传播时波会减弱播时波会减弱。第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识电磁波的传播电磁波的传播电场电场电场电场电场电场振振子子电波传输方向电波传输方向磁场磁场磁场磁场第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识无线电波的波长、频率和传播速度的关系：无线电波的波长、频率和传播速度的关系：可用式可用式 /表示。在公式中，为速度，表示。在公式中，为速度，单位为米单位为米/秒；秒；为频率，单位为赫芝；为频率，单位为赫芝；为波长，单为波长，单位为米。由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波位为米

6、。由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。一样。波长波长第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识.无线电波的极化无线电波的极化无线电波的极化无线电波的极化无无线线电电波波在在空空间间传传播播时时，其其电电场场方方向向是是按按一一定定的的规规律律而而变化的，这种现象称为无线电波的极化。变化的，这种现象称为无线电波的极化。第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识什么是天线？什么是天线？l把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间把从导线上传下

7、来的电信号做为无线电波发射到空间.l收集无线电波并产生电信号收集无线电波并产生电信号第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识1.3 1.3 天线的极化天线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天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向垂直极化垂直极化水平极化水平极化+45度倾斜的极化度倾斜的极化-45度倾斜的度倾斜的极化极化第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识双极化天线双极化天线l两个天线为一个整体，传输两个独立的波。两个天线为一个整体，传输两个独立的波。V/H(垂直垂直/水平水平)倾斜倾斜(+/-45)第一章第一章 无线电

8、波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识1.4圆极化波圆极化波如如果果电电波波在在传传播播过过程程中中电电场场的的方方向向是是旋旋转转的的，就就叫叫作作椭椭圆圆极极化化波波。旋旋转转过过程程中中，如如果果电电场场的的幅幅度度，即即大大小小保保持持不不变变，我我们们就就叫叫它它为为圆圆极极化化波波。向向传传播播方方向向看看去去顺顺时时针针方方向向旋旋转的叫右旋圆极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。转的叫右旋圆极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。垂垂直直极极化化波波要要用用具具有有垂垂直直极极化化特特性性的的天天线线来来接接收收，水水平平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。极

9、化波要用具有水平极化特性的天线来接收。右右旋旋圆圆极极化化波波要要用用具具有有右右旋旋圆圆极极化化特特性性的的天天线线来来接接收收；而而左左旋旋圆圆极极化化波波要要用用具具有有左左旋旋圆圆极极化化特特性性的的天天线线来来接接收收。当当来来波波的的极极化化方方向向与与接接收收天天线线的的极极化化方方向向不不一一致致时时，在在接接收收过过程中通常都要产生极化损失。程中通常都要产生极化损失。第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识1.5极化损失极化损失当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损

10、失，例如：当用圆极化天线接接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量；产生分贝的极化损失，即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（例例如如水水平平或或右右旋旋圆圆极极化化）与与来来波波的的极极化化方方向向（相相应应为为垂垂直直或或左左旋旋圆圆极极化化）完完全全正正交交时时，接接收收天天线线也也就就完完全全接接收收不不到到来来波波的的能能量量，这这时时称称来来波波与与接接收收天天线线极极化是隔离的。化是

11、隔离的。第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识1 1.6 (.6 (极化极化)隔离隔离隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极化中出现的比例隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极化中出现的比例1000mW(即即1W)1mW在这种情况下的隔离为在这种情况下的隔离为10log(1000mW/1mW)=30dB第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识l l第一节第一节第一节第一节无线电波的基本知识无线电波的基本知识无线电波的基本知识无线电波的基本知识l第二节第二节超短波的基本知识超短波的基本知识第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和

12、超短波的基本知识2 2 超短波的传播超短波的传播无无线线电电波波的的波波长长不不同同，传传播播特特点点也也不不完完全全相相同同。目目前前GSMGSM和和CDMACDMA移移动动通通信信使使用用的的频频段段都都属属于于UHFUHF（特特高高频频）超短波段，其高端属于微波。超短波段，其高端属于微波。2.1 2.1 超短波和微波的视距传播超短波和微波的视距传播 超超短短波波和和微微波波的的频频率率很很高高，波波长长较较短短，它它的的地地面面波波衰衰减减很很快快。因因此此也也不不能能依依靠靠地地面面波波作作较较远远距距离离的的传传播播，它主要是由空间波来传播的。它主要是由空间波来传播的。第一章第一章

13、无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识直直视视距距离离和和发发射射天天线线以以及及接接收收天天线线的的高高度度有有关关系系，并并受受到到地地球球曲曲率率半半径径的的影影响响。由简单的几何关系式可知由简单的几何关系式可知 AB3.57(HT1/21/2+HR1/2 1/2)(公里公里)BARTRRO接收天线高HR发射天线高HT第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识2.2 2.2 电波的多径传播电波的多径传播电电波波除除了了直直接接传传播播外外，遇遇到到障障碍碍物物，例例如如，山山丘丘、森森林林、地地面面或或楼楼房房等等高高大大建建筑筑物物，还还会会产产生

14、生反反射射。因因此此，到到达达接接收收天天线线的的超超短短波波不不仅仅有有直直射射波波，还还有有反反射射波波，这这种种现象就叫多径传输。现象就叫多径传输。由由于于多多途途径径传传播播使使得得信信号号场场强强分分布布相相当当复复杂杂，波波动动很很大大；也也由由于于多多径径传传输输的的影影响响，会会使使电电波波的的极极化化方方向向发发生生变变化化，因因此此，有有的的地地方方信信号号场场强强增增强强，有有的的地地方方信信号号场场强强减减弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不同。弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不同。第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识 多径传

15、播与反射多径传播与反射第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识用分集接收改善信号电平用分集接收改善信号电平第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识2.2.电波的绕射传播电波的绕射传播电电波波在在传传播播途途径径上上遇遇到到障障碍碍物物时时，总总是是力力图图绕绕过过障障碍碍物物，再再向向前前传传播播。这这种种现现象象叫叫做做电电波波的的绕绕射射。超超短短波波的的绕绕射射能能力力较较弱，在高大建筑物后面会形成所谓的弱，在高大建筑物后面会形成所谓的“阴影区阴影区”。信信号号质质量量受受到到影影响响的的程程度度不不仅仅和和接接收收天天线线距距建建筑筑

16、物物的的距距离及建筑物的高度有关，还和频率有关。离及建筑物的高度有关，还和频率有关。也也就就是是说说，频频率率越越高高，建建筑筑物物越越高高、越越近近，影影响响越越大大。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响越小。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响越小。因因此此，架架设设天天线线选选择择基基站站场场地地时时，必必须须按按上上述述原原则则来来考考虑虑对绕射传播可能产生的各种不利因素，并努力加以避免。对绕射传播可能产生的各种不利因素，并努力加以避免。问题问题无线电波的概念是什么？无线电波的概念是什么？无线电波的波长、频率和传播速度的关系？无线电波的波长、频率和传播速度的关系？解释无线电波的绕射

17、现象？解释无线电波的绕射现象？水平极化波和垂直极化波的区别是什么？（请图示）水平极化波和垂直极化波的区别是什么？（请图示）解答解答无无线线电电波波是是一一种种能能量量传传输输形形式式，在在传传播播过过程程中中，电电场场和和磁磁场场在在空空间间是是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。可可用用式式 /表表示示。在在公公式式中中，为为速速度度，单单位位为为米米/秒秒；为为频频率率，单单位位为为赫赫芝芝；为为波波长长，单单位位为为米米。由由上上述述关关系系式式不不难难看看出出，同同一一频频率率的的无无线线电电波波在在不不同同的的媒媒质质中中传传播播时时，速

18、速度度是是不不同同的的，因因此此波波长也不一样。长也不一样。电电波波在在传传播播途途径径上上遇遇到到障障碍碍物物时时，总总是是力力图图绕绕过过障障碍碍物物，再再向向前前传传播播。这种现象叫做电波的绕射。这种现象叫做电波的绕射。解答解答无无线线电电波波在在空空间间传传播播时时，其其电电场场方方向向是是按按一一定定的的规规律律而而变变化化的的，这这种种现现象象称称为为无无线线电电波波的的极极化化。无无线线电电波波的的电电场场方方向向称称为为电电波波的的极极化化方方向向。如如果果电电波波的的电电场场方方向向垂垂直直于于地地面面，我我们们就就称称它它为为垂垂直直极极化化波波。如如果果电电波波的的电电场

19、场方方向向与与地地面面平平行行，则则称称它它为为水水平平极化波极化波。小结小结l本本章章介介绍绍了了无无线线电电波波和和超超短短波波的的基基本本知知识识，其其中中主主要要包包括括的的内内容容有有：无无线线电电波波的的概概念念、无无线线电电波波的的极极化化、天天线线的的概概念念、天天线线的的极极化化、圆圆极极化化波波、极极化化损损失失、极极化化隔隔离离、超超短短波波和和微微波波的的视视距距传传播播、电电波波的的多多径径传传播播、电波的绕射传播等方面的内容。电波的绕射传播等方面的内容。l通通过过对对本本章章的的学学习习，应应该该对对无无线线电电波波和和超超短短波波的的特特性性有有一一定定的的了了解

20、解，掌掌握握这这部部分分和和天天线线相相关关的的知知识识。同同时时，通过课后习题的学习，可以对这部分的知识加以巩固。通过课后习题的学习，可以对这部分的知识加以巩固。课程内容课程内容第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理第三章第三章 天线传输线的概念介绍天线传输线的概念介绍第四章第四章 基站天馈系统基站天馈系统第五章第五章 基站天线的选型基站天线的选型第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，

21、辐射的能力与导线的长短和形状有关力与导线的长短和形状有关.当当导导线线的的长长度度增增大大到到可可与与波波长长相相比比拟拟时时，导导线线上上的的电电流流就就大大大大增增加加，因因而而就就能能形形成成较较强强的的辐辐射射。通通常常将将上上述述能能产产生生显显著著辐辐射射的的直导线称为振子直导线称为振子。第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理天线可视为一个四端网络天线可视为一个四端网络第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理同轴线变化为天线同轴线变化为天线第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理2.1对称振子（半波振子）对称振子（

22、半波振子）两臂长度相等的振子叫做对称振子，也叫半波振子。两臂长度相等的振子叫做对称振子，也叫半波振子。振子振子1/2波长波长1/4波长波长1/4波长波长1/2波长波长波长波长一个一个1/2波长的对称振子波长的对称振子在在800MHz约约200mm长长400MHz约约400mm长长第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理对称振子上的场分布对称振子上的场分布第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理2.2 2.2 天线的输入阻抗天线的输入阻抗天天线线和和馈馈线线的的连连接接端端，即即馈馈电电点点两两端端感感应应的的信信号号电电压压与与信信号号电电流流之之比

23、比，称称为为天天线线的的输输入入阻阻抗抗。输输入入阻阻抗抗有有电电阻阻分分量量和和电电抗抗分分量量。输输入入阻阻抗抗的的电电抗抗分分量量会会减减少少从从天天线线进进入入馈馈线线的的有有效效信信号号功功率率。因因此此，必必须须使使电电抗抗分分量量尽尽可可能能为为零零，使使天天线线的的输输入入阻抗为纯电阻。阻抗为纯电阻。输输入入阻阻抗抗与与天天线线的的结结构构和和工工作作波波长长有有关关，基基本本半半波波振振子子，即即由由中中间间对对称称馈馈电电的的半半波波长长导导线线，其其输输入入阻阻抗抗为为（73.173.142.542.5）欧姆。）欧姆。第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的

24、基本原理2.3 2.3 天线的方向性天线的方向性天天线线的的方方向向性性是是指指天天线线向向一一定定方方向向辐辐射射电电磁磁波波的的能能力力。对对于于接接收收天天线线而而言言，方方向向性性表表示示天天线线对对不不同同方方向向传传来来的的电电波波所所具具有有的的接接收收能能力力。天天线线的的方方向向性性的的特特性性曲曲线通常用方向图来表示线通常用方向图来表示.方方向向图图可可用用来来说说明明天天线线在在空空间间各各个个方方向向上上所所具具有有的发射或接收电磁波的能力。的发射或接收电磁波的能力。第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理天线方向图天线方向图第二章第二章 天线辐射

25、电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理2.4天线的工作频率范围天线的工作频率范围(带宽带宽)无无论论是是发发射射天天线线还还是是接接收收天天线线，它它们们总总是是在在一一定定的的频频率率范范围围内内工工作作的的，通通常常，工工作作在在中中心心频频率率时时天天线线所所能能输输送送的的功功率率最最大大，偏偏离离中中心心频频率率时时它它所所输输送送的的功功率率都都将将减减小小，据此可定义天线的频率带宽。据此可定义天线的频率带宽。有几种不同的定义：有几种不同的定义：l 一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度；一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度；l 另一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。另

26、一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降在天线工作频带内在天线工作频带内,天线性能下降不多天线性能下降不多,仍然是可以接受的仍然是可以接受的。在在850MHz1/2波长振子最波长振子最佳佳在在890MHz天线振子天线振子在在820MHz在在820MHz1/2波长波长为为180mm,在在890MHz为为170mm175mm对对850MHz将是最佳的将是最佳的该天线的频带宽度该天线的频带宽度=890-820=70MHz第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原

27、理天线辐射电磁波的基本原理2.5 天线的功能天线的功能:控制辐射能量的去向控制辐射能量的去向在在地地平平面面上上，为为了了把把信信号号集集中中到到所所需需要要的的地地方方，要要求求把把“面包圈面包圈”压成扁平的压成扁平的。侧视侧视顶视顶视第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理对对称称振振子子组组阵阵能能够够控控制制辐辐射射能能构构成成“扁扁平平的的面面包包圈圈”在这儿增益在这儿增益=10log(4mW/1mW)=6dBd更加集中的信号更加集中的信号在阵中有在阵中有4个对称振子个对称振子在接收机中就在接收机中就有4mW功率功率一个对称台振子一个对称台振子假设在接收机中假设

28、在接收机中有1mW功率功率第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理利用反射板可把辐射能控制聚焦到一个方向利用反射板可把辐射能控制聚焦到一个方向反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线在我们的在我们的“扇形覆盖天线扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益这里这里,“扇形覆盖天线扇形覆盖天线”与单个对称振子相比的增益为与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW)=9dBd“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“扇形覆盖天线扇形覆盖天线”将在接收机

29、中有将在接收机中有8mW功率功率(顶视)天线天线第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理2.6dBd和和dBi的区别的区别一个单一对称振子一个单一对称振子dipole具具有面包圈形的方向图辐射有面包圈形的方向图辐射一个各向同性一个各向同性isotropic的的辐射器在所有方向具有相同辐射器在所有方向具有相同的辐射的辐射一个天线与对称振子相比较的增益一个天线与对称振子相比较的增益用用“dBd”表示表示一个天线与各向同性辐射器相比较的增一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用益用“dBi”表示表示例如例如:3dBd=5.17dBi2.17dB对称振子的增益为对称振子的增益为2.

30、17dB第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理2.7前后比前后比方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。前向功率前向功率后向功率后向功率以以dB表示的前后比表示的前后比=10log典型值为典型值为25dB左右左右目的是有一个尽可能小的反向功率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)第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理2.8波束宽度波束宽度120(eg)峰值峰值-10dB点点-10dB点点60(eg)峰值峰值-3dB点点-3dB点点15(eg)PeakPeak-3dBPeak-

31、3dB32(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB俯仰面即垂直面方向图3dB波束宽度波束宽度方位即水平面方向图10dB波束宽度波束宽度第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理2.9天线增益与方向图的关系天线增益与方向图的关系一一般般说说来来，天天线线的的主主瓣瓣波波束束宽宽度度越越窄窄，天天线线增增益益G G越越高高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可用下式近似表示当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可用下式近似表示计算时要换算成dB值）为天线增益（为倍数，计算时要换算成dB值），为垂直半功率角，为水平半功率角。其中，其中，Ga为天线增益（为倍数，计算时要换算成为

32、天线增益（为倍数，计算时要换算成dB值）值）为垂直半功率角，为垂直半功率角，为水平半功率角。为水平半功率角。第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理天线增益与方向图半功率波瓣宽度关系曲线天线增益与方向图半功率波瓣宽度关系曲线第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理方向图旁瓣显示方向图旁瓣显示上旁瓣抑制上旁瓣抑制下旁瓣抑制下旁瓣抑制第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理全向天线增益与垂直波瓣宽度全向天线增益与垂直波瓣宽度第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理9dBd全向天线全向天线第二章第二章 天线辐射电

33、磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理板状天线增益与水平波瓣宽度板状天线增益与水平波瓣宽度90 180 360 半功率波瓣宽度半功率波瓣宽度半波振子半波振子带反射板的半波振子带反射板的半波振子带反射板的两个半波振子带反射板的两个半波振子以半波振子以半波振子为参考的增益为参考的增益0dBd3dBd6dBd理论辐射图理论辐射图第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理2.10天线波束的下倾天线波束的下倾为使波束指向朝向地面为使波束指向朝向地面无下倾无下倾电下倾电下倾机械下倾机械下倾第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理天线波束下倾的演示天线波束下倾的演示

34、第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理波束下倾波束下倾用于用于：控制覆盖、减小交调控制覆盖、减小交调两种方法两种方法:机械下倾、电下倾机械下倾、电下倾第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理电下倾的产生电下倾的产生无下倾时无下倾时在馈电网络中在馈电网络中路径长度相等路径长度相等有下倾时有下倾时在馈电网络中在馈电网络中路径长度不相等路径长度不相等第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理电下倾情况下的波束覆盖电下倾情况下的波束覆盖无下倾无下倾电下倾电下倾第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理机械下倾情况下的

35、波束覆盖机械下倾情况下的波束覆盖无下倾无下倾机械下倾机械下倾第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理下倾方法的比较下倾方法的比较10电下倾电下倾10机械下倾机械下倾6电下倾电下倾+4机械下倾机械下倾第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理如何实现可变电下倾如何实现可变电下倾问题问题输入阻抗的定义是什么？输入阻抗的定义是什么？波束下倾有哪两种方法？波束下倾有哪两种方法？增益的概念是什么？增益的概念是什么？dBd与与dBi的区别是什么？的区别是什么？解答解答(天天线线和和馈馈线线的的连连接接端端，即即馈馈电电点点两两端端感感应应的的信信号号电电压压与与信

36、信号号电电流流之之比比，称称为为天天线线的的输输入入阻阻抗。抗。(分为机械下倾和电下倾两种情况分为机械下倾和电下倾两种情况(增增益益是是指指在在输输入入功功率率相相等等的的条条件件下下，实实际际天天线线与与理理想想的的辐辐射射单单元元在在空空间间同同一一点点处处所所产产生生的的场强的平方之比，即功率之比。场强的平方之比，即功率之比。(一一个个天天线线与与对对称称振振子子相相比比较较的的增增益益、用用“dBd”表表示示。一一个个天天线线与与各各向向同同性性辐辐射射器器相相比比较较的的增增益益、用用“dBi”表表示示。例例如如:3dBd=5.17dBi小结小结l本本章章介介绍绍了了天天线线辐辐射射

37、电电磁磁波波方方面面的的基基本本知知识识，其其中中主主要要包包括括的的内内容容有有：对对称称振振子子、天天线线的的输输入入阻阻抗抗、天天线线的的方方向向性性、天天线线的的工工作作频频率率范范围围、天天线线的的功功能能、前前后后比比、波波瓣瓣宽宽度度、天天线线增增益益与与方方向向图图的的关关系系、波波束束下下倾倾和和dbd与与dbi的的区区别别等方面的内容。等方面的内容。l通通过过对对本本章章的的学学习习，应应该该对对天天线线辐辐射射电电磁磁波波方方面面的的知知识识有有一一定定的的了了解解，掌掌握握这这部部分分和和天天线线相相关关的的知知识识。同同时时，通通过过课后习题的学习，可以对这部分的知识

38、加以巩固。课后习题的学习，可以对这部分的知识加以巩固。课程内容课程内容第一章第一章 无线电波和超短波的基本知识无线电波和超短波的基本知识第二章第二章 天线辐射电磁波的基本原理天线辐射电磁波的基本原理第三章第三章 天线传输线的概念介绍天线传输线的概念介绍第四章第四章 基站天馈系统基站天馈系统第五章第五章 基站天线的选型基站天线的选型第三章第三章 无线传输线的概念介绍无线传输线的概念介绍连连接接天天线线和和发发射射（或或接接收收）机机输输出出（或或输输入入）端端的的导导线线称称为为传传输输线线或或馈馈线线。传传输输线线的的主主要要任任务务是是有有效效地地传传输输信信号号能能量量。因因此此它它应应能

39、能将将天天线线接接收收的的信信号号以以最最小小的的损损耗耗传传送送到到接接收收机机输输入入端端，或或将将发发射射机机发发出出的的信信号号以以最最小小的的损损耗耗传传送送到到发发射射天天线线的的输输入入端端，同同时时它它本本身身不不应应拾拾取取或或产产生生杂杂散干扰信号。这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡。散干扰信号。这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡。当当传传输输线线的的几几何何长长度度等等于于或或大大于于所所传传送送信信号号的的波波长长时就叫做长传输线，简称长线。时就叫做长传输线，简称长线。第三章第三章 无线传输线的概念介绍无线传输线的概念介绍3.1 3.1 传输线的种类传输线的种类超超短短波波

40、段段的的传传输输线线一一般般有有两两种种：平平行行线线传传输输线线和和同轴电缆传输线（微波传输线有波导和微带等）。同轴电缆传输线（微波传输线有波导和微带等）。平平行行线线传传输输线线通通常常由由两两根根平平行行的的导导线线组组成成。它它是是对对称称式式或或平平衡衡式式的的传传输输线线。这这种种馈馈线线损损耗耗大大，不不能能用用于于UHFUHF频段。频段。同同轴轴电电缆缆传传输输线线的的两两根根导导线线为为芯芯线线和和屏屏蔽蔽铜铜网网，因因铜铜网网接接地地，两两根根导导体体对对地地不不对对称称，因因此此叫叫做做不不对对称称式式或不平衡式传输线。或不平衡式传输线。第三章第三章 无线传输线的概念介绍

41、无线传输线的概念介绍3.2 3.2 传输线的特性阻抗传输线的特性阻抗无无限限长长传传输输线线上上各各点点电电压压与与电电流流的的比比值值等等于于特特性性阻阻抗，用符号。表示。抗，用符号。表示。同轴电缆的特性阻抗同轴电缆的特性阻抗 。138/138/r r 1/21/2 log(D/d)log(D/d)欧姆。欧姆。通常。通常。=50=50欧姆欧姆/或或7575欧姆欧姆 在公式中，在公式中，D D为同轴电缆外导体铜网内径；为同轴电缆外导体铜网内径；d d为其芯线外径；为其芯线外径；r r为导体间绝缘介质的相对介电常数。为导体间绝缘介质的相对介电常数。第三章第三章 无线传输线的概念介绍无线传输线的概

42、念介绍3.3 3.3 馈线衰减常数馈线衰减常数信信号号在在馈馈线线里里传传输输，除除有有导导体体的的电电阻阻损损耗耗外外，还还有有绝绝缘缘材材料料的的介介质质损损耗耗。这这两两种种损损耗耗随随馈馈线线长长度度的的增增加加和和工工作作频频率率的的提提高高而而增增加加。因因此此，应应合合理理布布局局尽尽量量缩缩短短馈馈线线长长度度。损损耗耗的的大大小小用用衰衰减减常常数数表表示示。单单位位用用分分贝贝（dBdB）米或分贝百米表示。）米或分贝百米表示。这这里里顺顺便便再再说说明明一一下下分分贝贝的的概概念念，当当输输入入功功率率为为。输出功率为时，传输损耗可用。输出功率为时，传输损耗可用表示，表示，

43、(dB)(dB)10log(10log(。/)()(分贝分贝)。第三章第三章 无线传输线的概念介绍无线传输线的概念介绍3.4 3.4 匹配的概念匹配的概念什什么么叫叫匹匹配配？我我们们可可简简单单地地认认为为，馈馈线线终终端端所所接接负负载载阻阻抗抗等等于于馈馈线线特特性性阻阻抗抗。时时，称称为为馈馈线线终终端是匹配连接的。端是匹配连接的。在在实实际际工工作作中中，天天线线的的输输入入阻阻抗抗还还会会受受周周围围物物体体存存在在和和杂杂散散电电容容的的影影响响。为为了了使使馈馈线线与与天天线线严严格格匹匹配配，在在架架设设天天线线时时还还需需要要通通过过测测量量，适适当当地地调调整整天天线线的

44、结构，或加装匹配装置。的结构，或加装匹配装置。第三章第三章 无线传输线的概念介绍无线传输线的概念介绍匹配和失配例匹配和失配例要获得良好的电性能阻抗必须匹配要获得良好的电性能阻抗必须匹配电缆电缆50ohms天线天线50ohms80ohms第三章第三章 无线传输线的概念介绍无线传输线的概念介绍3.5反射损耗反射损耗当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上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电压幅度相等，馈线上任意

45、一点的阻抗都等于它的特性阻抗.而当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，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。能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。9.5W80ohms50ohms朝前朝前:10W返回返回:0.5W第三章第三章 无线传输线的概念介绍无线传输线的概念介绍3.6 3.6 馈线和天线的电压驻波比馈线和天线的电压驻波比在不匹配的情况下在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。馈线上

46、同时存在入射波和反射波。反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。反射波幅度反射波幅度 （。）。）反射系数反射系数 入射波幅度入射波幅度 （。）。）驻驻波波波波腹腹电电压压与与波波节节电电压压幅幅度度之之比比称称为为驻驻波波系系数数，也也叫叫电电压压驻波比驻波比(VSWR)(VSWR)驻波波腹电压幅度最大值驻波波腹电压幅度最大值max|max|（1+1+）|驻波系数驻波系数-驻波波节电压辐度最小值驻波波节电压辐度最小值min|min|（1-1-）|第三章第三章 无线传输线的概念介绍无线传输线的概念介绍驻波比、反射损耗和反射系数驻波比、反射损耗和反射系数第三章第三章

47、 无线传输线的概念介绍无线传输线的概念介绍3.7 3.7 平衡装置平衡装置电电源源、负负载载和和传传输输线线，根根据据它它们们对对地地的的关关系系，都都可可以以分分成成平平衡衡和和不不平平衡衡两两类类。若若电电源源两两端端与与地地之之间间的的电电压压大大小小相相等等，极极性性相相反反，就称为平衡电源，否则称为不平衡电源；就称为平衡电源，否则称为不平衡电源；与与此此相相似似，若若负负载载两两端端或或传传输输线线两两导导体体与与地地之之间间阻阻抗抗相相同同，则则称称为为平平衡衡负负载载或或平平衡衡（馈馈线线）传传输输线线，否否则则为为不不平平衡衡负负载载或或不不平平衡（馈线）传输线。衡（馈线）传输

48、线。第三章第三章 无线传输线的概念介绍无线传输线的概念介绍二分之一波长平衡变换器二分之一波长平衡变换器又又称称“”形形平平衡衡变变换换器器，它它用用于于不不平平衡衡馈馈线线与与平平衡衡负负载连接时的平衡变换，并有阻抗变换作用。载连接时的平衡变换，并有阻抗变换作用。/2RL/2RL/2-+第三章第三章 无线传输线的概念介绍无线传输线的概念介绍四分之一波长四分之一波长平衡平衡-不不平衡变换器平衡变换器利利用用四四分分之之一一波波长长短短路路传传输输线线终终端端为为高高频频开开路路的的性性质质实实现现天天线线平平衡衡输输入入端端口口与与同同轴轴馈馈线线不不平平衡衡输输出出端端口口之之间间的的平平衡衡

49、不不平衡变换平衡变换.1/4波长波长问题问题匹配的概念是什么？匹配的概念是什么？长线传输的定义是什么？长线传输的定义是什么？二分之一波长平衡变换器的概念是什么？二分之一波长平衡变换器的概念是什么？请简答传输线的特性阻抗？请简答传输线的特性阻抗？解答解答U我我们们可可简简单单地地认认为为，馈馈线线终终端端所所接接负负载载阻阻抗抗等等于于馈馈线线特特性性阻阻抗抗。时，称为馈线终端是匹配连接的。时，称为馈线终端是匹配连接的。U当当传传输输线线的的几几何何长长度度等等于于或或大大于于所所传传送送信信号号的的波波长长时时就就叫叫做做长长传传输输线线，简称长线。简称长线。U又又称称“”形形平平衡衡变变换换

50、器器，它它用用于于不不平平衡衡馈馈线线与与平平衡衡负负载载连连接接时时的的平平衡衡变换，并有阻抗变换作用。变换，并有阻抗变换作用。U无无限限长长传传输输线线上上各各点点电电压压与与电电流流的的比比值值等等于于特特性性阻阻抗抗，用用符符号号。表表示示。同同轴轴电电缆缆的的特特性性阻阻抗抗。138/138/r r 1/21/2 log(D/d)log(D/d)欧欧姆姆。通通常常。=50=50欧欧姆姆/或或7575欧欧姆姆（在在公公式式中中：D D为为同同轴轴电电缆缆外外导导体体铜铜网网内内径径；d d为其芯线外径；为其芯线外径；r r为导体间绝缘介质的相对介电常数。）为导体间绝缘介质的相对介电常数