天线与电波传播.pptx

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）输送到天线，由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，由天线接下来（仅仅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），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是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设备，没有天线也就没有无线电通信。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。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。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：按用途分类按用途分类可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类按工作频段分类可分为可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类按方向性分类可分为全向天线可分为全向天线、定向天线等；、定向天线等；按外形分类按外形分类可分为线状天线、面状天可分为线状天线、面状天线等线等.*电磁波的辐射电磁波的辐射导导线线上上有有交交变变电电流流流流动动时时，就就可可以以发发生生电电磁磁波波的的辐辐射射，辐辐射射的的能能力力与与导导线线的的长长度度和和形形状状有有关关。如如图1.1 a 所所示示，若若两两导导线线的的距距离离很很近近，电电场场被被束束缚缚在在两两导导线线之之间间，因因而而辐辐射射很很微微弱弱；将将两两导导线线张张开，如开，如图1.1 b 所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。必必须须指指出出，当当导导线线的的长长度度L远远小小于于波波长长时时，辐辐射射很很微微弱弱；导导线线的的长长度度L增增大大到到可可与与波波长长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。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对称称振振子子是是一一种种经经典典的的、迄迄今今为为止止使使用用最最广广泛泛的的天天线线，单单个个半半波波对对称称振振子子可可简简单单地地单单独独立立地地使使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两两臂臂长长度度相相等等的的振振子子叫叫做做对对称称振振子子。每每臂臂长长度度为为四四分分之之一一波波长长、全全长长为为二二分分之之一一波波长长的的振振子子，称半波对称振子称半波对称振子,见见图1.2 a 。另另外外，还还有有一一种种异异型型半半波波对对称称振振子子，可可看看成成是是将将全全波波对对称称振振子子折折合合成成一一个个窄窄长长的的矩矩形形框框，并并把把全全波波对对称称振振子子的的两两个个端端点点相相叠叠，这这个个窄窄长长的的矩矩形形框框称称为为折折合合振振子子，注注意意，折折合合振振子子的的长长度度也也是是为为二二分之一波长，故称为半波折合振子分之一波长，故称为半波折合振子,见见图1.2 b 。天线的基本知识天线的基本知识1/4波长波长 对称振子对称振子1/4波长波长 1/2波长波长 图1.2 a图1.2 b对称振子对称振子1.3天线方向性的讨论天线方向性的讨论1.3.1天线方向性天线方向性发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。部分能量朝所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈面包圈”形的形的立体方向图立体方向图（图（图1.3.1a）。）。立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，图图1.3.1b与图与图1.3.1c给出了它的两给出了它的两个个主平面方向图主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图1.3.1b可以看出，在振子可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图1.3.1c可以看出，在水平面上各个方可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。向上的辐射一样大。天线的基本知识天线的基本知识图图1.3.1 c 水平面方向图水平面方向图图图1.3.1 b 垂直面方向图垂直面方向图图图1.3.1a立体方向图立体方向图天线方向性的讨论天线方向性的讨论天线的基本知识天线的基本知识1.3.2天线方向性增强天线方向性增强若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生“扁平的面包圈扁平的面包圈”，把信号进一步集中到，把信号进一步集中到在水平面方向上。在水平面方向上。下图是下图是4个半波对称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的个半波对称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面立体方向图和垂直面方方向图。向图。垂直面方向图垂直面方向图立体方向图立体方向图天线方向性增强天线方向性增强也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向利用反射板可把辐射能控制到单侧方向 平平面面反反射射板板放放在在阵阵列列的的一一边边构构成成扇扇形形区区覆覆盖盖天天线线。下下面面的的水平面方向图说明了反反射射面面的的作用作用-反射面把功率反射到单侧方向，提高了增益。反射面把功率反射到单侧方向，提高了增益。天线的基本知识天线的基本知识全向阵全向阵（垂直阵列（垂直阵列 不带平面反射板）不带平面反射板）抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：抛物反射面抛物反射面 和和 放置在抛物面焦点上的辐射源。放置在抛物面焦点上的辐射源。扇形区覆盖扇形区覆盖（垂直阵列（垂直阵列 带平面反射板）带平面反射板）平面反射板平面反射板利用反射板可把辐射能控制到单侧方向利用反射板可把辐射能控制到单侧方向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信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。可以这样来理解可以这样来理解增益增益的物理的物理含义含义-为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为发为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为发射天线，需要射天线，需要100W的输入功率，而用增益为的输入功率，而用增益为G=13dB=20的某定向天线作为发射天线时，的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需输入功率只需100/20=5W.换言之，某天线的换言之，某天线的增益，增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。半波对称振子的半波对称振子的增益为增益为G=2.15dBi;4个半波对称振子个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为增益约为G=8.15dBi(dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。如果如果以半波对称振子作以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是比较对象，则增益的单位是dBd.半波对称振子的半波对称振子的增益为增益为G=0dBd（因为是自己跟自己比，比值为（因为是自己跟自己比，比值为1，取对数得零值。），取对数得零值。）；垂直四元阵，其垂直四元阵，其增益约为增益约为G=8.152.15=6dBd.增益增益1.3.4波瓣宽度波瓣宽度方方向向图图通通常常都都有有两两个个或或多多个个瓣瓣，其其中中辐辐射射强强度度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或或旁旁瓣瓣。参参见见图图1.3.4a,在在主主瓣瓣最最大大辐辐射射方方向向两两侧侧，辐辐射射强强度度降降低低3dB（功功率率密密度度降降低低一一半半）的的两两点点间间的的夹夹角角定定义义为为波波瓣瓣宽宽度度（又又称称波波束束宽宽度度 或或主主瓣瓣宽宽度度 或或半半功功率率角角）。波波瓣瓣宽宽度度越越窄窄，方方向向性性越越好好，作用距离越远，抗干扰能力越强。作用距离越远，抗干扰能力越强。还还有有一一种种波波瓣瓣宽宽度度，即即10dB波波瓣瓣宽宽度度，顾顾名名思思义义它它是是方方向向图图中中辐辐射射强强度度降降低低10dB（功功率率密度降至十分之一）密度降至十分之一）的两个点间的夹角，见图的两个点间的夹角，见图1.3.4b.天线的基本知识天线的基本知识3dB 波瓣宽度波瓣宽度-3dB点点-3dB点点10dB 波瓣宽度波瓣宽度-10dB点点-10dB点点峰值方向峰值方向（最大辐射方向）（最大辐射方向）图图1.3.4a图图1.3.4b峰值方向峰值方向（最大辐射方向）（最大辐射方向）波瓣宽度波瓣宽度天线的基本知识天线的基本知识1.3.5前后比前后比方方向向图图中中，前前后后瓣瓣最最大大值值之之比比称称为为前前后后比比，记记为为F/B。前前后后比比越越大大，天天线线的的后后向向辐辐射射（或接收）越小。前后比（或接收）越小。前后比F/B的计算十分简单的计算十分简单-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）对对天天线线的的前前后后比比F/B有有要要求求时时，其其典典型型值值为为（1830）dB，特特殊殊情情况况下下则则要要求求达达（3540）dB.前后比前后比1.3.6天线增益的若干近似计算式天线增益的若干近似计算式1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益：）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益：G（dBi）=10Lg32000/（23dB,E23dB,H）式中，式中，23dB,E与与23dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度；分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度；32000是统计出来的经验数据。是统计出来的经验数据。2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：G（dBi）=10Lg4.5（D/0）2式中，式中，D为抛物面直径；为抛物面直径；0为中心工作波长；为中心工作波长；4.5是统计出来的经验数据。是统计出来的经验数据。3）对于直立全向天线，有近似计算式）对于直立全向天线，有近似计算式G（dBi）=10Lg2L/0式中，式中，L为天线长度；为天线长度；0为中心工作波长；为中心工作波长；天线的基本知识天线的基本知识天线增益的若干近似计算式天线增益的若干近似计算式1.3.6天线增益的若干近似计算式天线增益的若干近似计算式1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益：）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益：G（dBi）=10Lg32000/（23dB,E23dB,H）式中，式中，23dB,E与与23dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度；分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度；32000是统计出来的经验数据。是统计出来的经验数据。2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：G（dBi）=10Lg4.5（D/0）2式中，式中，D为抛物面直径；为抛物面直径；0为中心工作波长；为中心工作波长；4.5是统计出来的经验数据。是统计出来的经验数据。3）对于直立全向天线，有近似计算式）对于直立全向天线，有近似计算式G（dBi）=10Lg2L/0式中，式中，L为天线长度；为天线长度；0为中心工作波长；为中心工作波长；天线的基本知识天线的基本知识天线增益的若干近似计算式天线增益的若干近似计算式1.3.8天线的下倾天线的下倾为使主波瓣指向地面，安置时需要将天线适度下倾为使主波瓣指向地面，安置时需要将天线适度下倾。天线的基本知识天线的基本知识天线的下倾天线的下倾垂直极化垂直极化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：电场的方向就是天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。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极化的情况：垂直极化。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化-是是最常用的；水平极化最常用的；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天线的极化天线的极化垂直极化垂直极化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双极化天线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。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。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型型双双极极化化双极化天线双极化天线1.4.2极化损失极化损失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，水水平平极极化化波波要要用用具具有有水水平平极极化化特特性性的的天天线线来来接接收收。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化特性的天线来接收。极化特性的天线来接收。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，接接收收到到的的信信号号都都会会变变小小，也也就就是是说说，发发生生极极化化损损失失。例例如如：当当用用+45极极化化天天线线接接收收垂垂直直极极化化或或水水平平极极化化波波时时，或或者者，当当用用垂垂直直极极化化天天线线接接收收+45极极化化或或-45极极化化波波时时，等等等等情情况况下下，都都要要产产生生极极化化损损失失。用用圆圆极极化化天天线线接接收收任任一一线线极极化化波波，或或者者，用用线线极极化化天天线线接接收收任任一一圆圆极极化化波波，等等等等情情况况下下，也也必必然然发发生生极极化化损损失失-只只能能接接收收到到来波的一半能量。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，天天线线就就完完全全接接收收不不到到来来波波的的能量，这种情况下极化损失为最大能量，这种情况下极化损失为最大，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极化损失极化损失1.4.3极化隔离极化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。馈馈送送到到一一种种极极化化的的天天线线中中去去的的信信号号多多少少总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线中中出出现现。例例如如下下图图所所示示的的双双极极化化天天线线中中，设设输输入入垂垂直直极极化化天天线线的的功功率率为为10W，结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为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在这种情况下的在这种情况下的极化极化隔离为隔离为 X=10 Lg(10,000 mW/10 mW)=10 Lg(1000)=30（dB）极化隔离极化隔离1.5天线的输入阻抗天线的输入阻抗Zin定定义义：天天线线输输入入端端信信号号电电压压与与信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。输输入入阻阻抗抗具具有有电电阻阻分分量量Rin和和电电抗抗分分量量Xin，即即Zin=Rin+jXin。电电抗抗分分量量的的存存在在会会减减少少天天线线从从馈馈线线对对信信号号功功率率的的提提取取，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，也也就就是是应应尽尽可可能能使使天天线线的的输输入入阻阻抗抗为为纯纯电电阻阻。事事实上，即使是设计、调试得很好的天线，其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值。实上，即使是设计、调试得很好的天线，其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值。输输入入阻阻抗抗与与天天线线的的结结构构、尺尺寸寸以以及及工工作作波波长长有有关关，半半波波对对称称振振子子是是最最重重要要的的基基本本天天线线，其其输输入入阻阻抗抗为为Zin=73.142.5(欧欧)。当当把把其其长长度度缩缩短短（）时时，就就可可以以消消除除其其中中的的电电抗抗分分量量，使使天天线线的的输输入入阻阻抗抗为为纯纯电电阻阻，此此时时的的输输入入阻阻抗抗为为Zin=73.1(欧欧),（标标称称75欧欧）。注注意意，严格的说，纯电阻性的天线输入阻抗只是对点频而言的。严格的说，纯电阻性的天线输入阻抗只是对点频而言的。顺顺便便指指出出，半半波波折折合合振振子子的的输输入入阻阻抗抗为为半半波波对对称称振振子子的的四四倍倍，即即Zin=280(欧欧),（标称（标称300欧）。欧）。有有趣趣的的是是，对对于于任任一一天天线线，人人们们总总可可通通过过天天线线阻阻抗抗调调试试，在在要要求求的的工工作作频频率率范范围围内内，使使输输入入阻阻抗抗的的虚虚部部很很小小且且实实部部相相当当接接近近50欧欧，从从而而使使得得天天线线的的输输入入阻阻抗抗为为Zin=Rin=50欧欧-这这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。天线的基本知识天线的基本知识天线的输入阻抗天线的输入阻抗Zin1.6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（频频带带宽宽度度）内内工工作作的的，天天线线的的频带宽度有两种不同的定义频带宽度有两种不同的定义-一种是指：在驻波比一种是指：在驻波比SWR1.5条件下，天线的工作频带宽度；条件下，天线的工作频带宽度；一种是指：天线增益下降一种是指：天线增益下降3分贝范围内的频带宽度。分贝范围内的频带宽度。在在移移动动通通信信系系统统中中，通通常常是是按按前前一一种种定定义义的的，具具体体的的说说，天天线线的的频频带带宽宽度度就就是是天天线线的的驻驻波波比比SWR不超过不超过1.5时，天线的工作频率范围。时，天线的工作频率范围。一一般般说说来来，在在工工作作频频带带宽宽度度内内的的各各个个频频率率点点上上,天天线线性性能能是是有有差差异异的的，但但这这种种差差异异造造成成的的性性能能下降是可以接受的。下降是可以接受的。天线的基本知识天线的基本知识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 无论是无论是GSM还是还是CDMA，板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯天线。这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能角控制方便、密封性能可靠以及使用寿命长。可靠以及使用寿命长。板状天线也常常被用作为直放站的用户天线，根据作用扇形区的范围大小，板状天线也常常被用作为直放站的用户天线，根据作用扇形区的范围大小，应选择相应的天线型号。应选择相应的天线型号。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1.7.1a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围频率范围频带宽度频带宽度增益增益极化极化标称阻抗标称阻抗电压驻波比电压驻波比半功率波束宽度半功率波束宽度前后比前后比下倾角（可调）下倾角（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互调互调110dBm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 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线阵采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵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（带反射板）两个半波振子（带反射板）在垂直面上的配置在垂直面上的配置两个半波振子（带反射板）在两个半波振子（带反射板）在水平面上的配置水平面上的配置B.在直线阵的一侧加一块反射板在直线阵的一侧加一块反射板（以带反射板的二半波振子垂直阵为例）（以带反射板的二半波振子垂直阵为例）增益为 G=1114dB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，其增益益约为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，即加长型型板状天板状天线，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。C.为提高板状天线的增益，还可以进一步采用八个半波振子排阵为提高板状天线的增益，还可以进一步采用八个半波振子排阵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发，人们常常选用从性能价格比出发，人们常常选用栅状抛物面天线栅状抛物面天线作作为直放站施主天线。由于为直放站施主天线。由于抛物面抛物面具有良好的聚焦作用，所具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，直径为以抛物面天线集射能力强，直径为1.5m的栅状抛物面天的栅状抛物面天线，线，在在900兆频段，其增益即可达兆频段，其增益即可达G=20dB.它特别适它特别适用于点对点的通信，例如它常常被选用为直放站的施主天用于点对点的通信，例如它常常被选用为直放站的施主天线。线。抛物面采用栅状结构，一是为了减轻天线的重量，二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。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，这也正是直放站系统防自激而对接收天线所提出的必须满这也正是直放站系统防自激而对接收天线所提出的必须满足的技术指标。足的技术指标。高增益栅状抛物面天线高增益栅状抛物面天线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，具有增益较高、结构轻巧、具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。因此，它特别适用架设方便、价格便宜等优点。因此，它特别适用于点对点的通信，例如它是室内分布系统的室外于点对点的通信，例如它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型。接收天线的首选天线类型。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，其增益可单元的八木定向天线，其增益可达达1015dB。八木定向天线八木定向天线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，室室内吸顶天线属于低增益天线内吸顶天线属于低增益天线,一般为一般为G=2dB。室内吸顶天线室内吸顶天线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。室内壁挂天线室内壁挂天线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移动通信使用的频段为：移动通信使用的频段为：GSM：890960MHz,17101880MHzCDMA:806896MHz806960MHz频率范围属频率范围属超短波超短波范围；范围；17101880MHz频率范围属频率范围属微波微波范围。范围。电波的频率不同，或者说波长不同，其传播特点也不完全相同，甚至很不相同。电波的频率不同，或者说波长不同，其传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电波传播的几个基本概念电波传播的几个基本概念天线的基本知识天线的基本知识2.1电波的传播损耗电波的传播损耗设设发发射射功功率率为为PT(W)，发发射射天天线线增增益益为为GT(dB)，工工作作频频率率为为f(MHz).接接收收功功率率为为PR(W)，接接收收天天线线增增益益为为GR(dB)，收收、发发天天线线间间距距离离为为R(km)，经经过过简简单单推推导导，可可写写得得电电波波在在自自由由空空间间的的传传播播损耗损耗L0 为：为：L0(dB)=10 Lg（PT/PR）=32.45+20 Lg f(MHz)+20 Lg R(km)-GT(dB)-GR(dB)举例举例设：设：PT =10W=40dBmw；GT=10dBi；GR=3dBi ；f =900MHz 问：问：R=500m时，时，L0(dB)=？,PR=？解答：解答：(1)传播损耗传播损耗L0 的计算的计算 L0=32.45+20Lg 900 +20 Lg 0.5 -10 -3 =32.45+59.1-6-10-3=72.5(dB)（2）接收功率接收功率PR 的计算的计算 PR=PT /(107.25)=10(W)/(107.25)=1(W)/(100.725)=1(W)/5.31=0.188(W)电波的传播损耗电波的传播损耗天线的基本知识天线的基本知识*电波传播损耗的奥村经验公式电波传播损耗的奥村经验公式日日本本人人奥奥村村，对对地地面面移移动动通通信信的的电电波波传传播播问问题题，做做了了大大量量的的统统计计工工作作，并并归归纳纳出出一一个个大大城城市市适适用用的的传传播损耗播损耗Lb 经验公式：经验公式：Lb(dB)=75+26 Lg f +45 Lg R -GT(dB)-GR(dB)（14 +6.5 Lg R）Lg HT 3.2 Lg（12 HR）2 式中，式中，收、发天线高度收、发天线高度HR、HT 单位为单位为 m.举例举例设：设：f =900 MHz；HT=64 m;HR =2 m；GT=10(dBi)；GR=3(dBi)问：问：R=500m时，时，Lb =？解：解：Lb=75+26 Lg 900 +45 Lg 0.5 （14+6.5 Lg 0.5）Lg 64 3.2 Lg（12 2）2 =75+76.8 13.5 21.7 6 =110.6(dB)-可见，信号的衰减比自由空间中要大得多！可见，信号的衰减比自由空间中要大得多！电波传播损耗的奥村经验公式电波传播损耗的奥村经验公式2.2极限直视距离极限直视距离超超短短波波特特别别是是微微波波，频频率率很很高高，波波长长很很短短，它它的的地地表表面面波波衰衰减减很很快快，因因此此不不能能依依靠靠地地表表面面波波作作较较远远距距离离的的传传播播。超超短短波波特特别别是是微微波波，主主要要是是由由空空间间波波来来传传播播的的。简简单单地地说说，空空间间波波是是在在空空间间范范围围内内沿沿直直线线方方向向传传播播的的波波。显显然然，由由于于地地球球的的曲曲率率使使空空间间波波传传播播存存在在一一个个极极限限直直视视距距离离Rmax。在在最最远远直直视视距距离离之之内内的的区区域域，习习惯惯上上称称为为照照明明区区；极极限限直直视视距距离离Rmax以以外外的的区区域域，则则称称为为阴阴影影区区。不言而语，利用超短波、微波进行通信时，接收点应落在发射天线极限直视距离不言而语，利用超短波、微波进行通信时，接收点应落在发射天线极限直视距离Rmax内。内。受地球曲率半径的影响，极限直视距离受地球曲率半径的影响，极限直视距离Rmax和发射天线与接收天线的高度和发射天线与接收天线的高度HT与与HR间的关系为间的关系为：Rmax3.57HT(m)+HR(m)(km)天线的基本知识天线的基本知识RTRTRR接收天线高接收天线高HR发射天线高发射天线高HT 考虑到大气层对电波的折射作用，极限直视距离应修正为考虑到大气层对电波的折射作用，极限直视距离应修正为Rmax4.12HT(m)+HR(m)(km)由由于于电电磁磁波波的的频频率率远远低低于于光光波波的的频频率率，电电波波传传播播的的有有效效直直视视距距离离Re约约为为极极限限直直视视距距离离Rmax的的70%，即，即Re=0.7Rmax.例如，例如，HT与与HR分别为分别为49m和和1.7m，则，则有效直视距离有效直视距离为为Re=24km.极限直视距离极限直视距离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发射射天天线线直直接接射射到到接接收收点点的的电电波波称称为为直直射射波波；发发射射天天线线发发出出的的指指向向地地面面的的电电波波，被被地地面面反反射射而而到到达达接接收收点点的的电电波波称称为为反反射射波波。显显然然，接接收收点点的的信信号号应应该该是是直直射射波波和和反反射射波波的的合合成成。电电波波的的合合成成不不会会象象1+1=2那那样样简简单单地地代代数数相相加加，合合成成结结果果会会随随着着直直射射波波和和反反射射波波间间的的波波程程差差的的不不同同而而不不同同。波波程程差差为为半半个个波波长长的的奇奇数数倍倍时时，直直射射波波和和反反射射波波信信号号相相加加，合合成成为为最最大大；波波程程差差为为一一个个波波长长的的倍倍数数时时，直直射射波波和和反反射射波波信信号号相相减减，合合成成为为最最小小。可可见见，地地面面反反射射的的存存在在，使使得得信信号号强强度度的的空空间分布变得相当复杂。间分布变得相当复杂。实实际际测测量量指指出出：在在一一定定的的距距离离Ri之之内内，信信号号强强度度随随距距离离或或天天线线高高度度的的增增加加都都会会作作起起伏伏变变化化；在在一一定定的的距距离离Ri之之外外，随随距距离离的的增增加加或或天天线线高高度度的的减减少少，信信号号强强度度将将。单单调调下下降降。理理论论计计算算给给出出了了这个这个Ri和天线高度和天线高度HT与与HR的关系式：的关系式：Ri=（4HTHR）/，是波长。是波长。不言而喻，不言而喻，Ri必须小于极限直视距离必须小于极限直视距离Rmax。天线的基本知识天线的基本知识电波在平面地上的传播特征电波在平面地上的传播特征2.4电波的多径传播电波的多径传播在在超超短短波波、微微波波波波段段，电电波波在在传传播播过过程程中中还还会会遇遇到到障障碍碍物物(例例如如楼楼房房、高高大大建建筑筑物物或或山山丘丘等等)对对电电波波产产生生反反射射。因因此此，到到达达接接收收天天线线的的含含有有多多种种反反射射波波（广广意意地地说说，地地面面反反射射波波也也应应包包括括在在内内），这种现象叫为多径传播。，这种现象叫为多径传播。由由于于多多径径传传输输，使使得得信信号号场场强强的的空空间间分分布布变变得得相相当当复复杂杂，波波动动很很大大，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弱；也也由由于于多多径径传传输输的的影影响响，还还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。另另外外，不不同同的的障障碍碍物物对对电电波波的的反反射射能能力力也也不不同同。例例如如：钢钢筋筋水水泥泥建建筑筑物物对对超超短短波波、微微波波的的反反射射能能力力比比砖砖墙墙强强。我我们们应应尽尽量量克克服服多多径径传传输输效效应应的的负负面面影影响响，这这也也正正是是在在通通信信质质量量要要求求较较高高的的通通信信网网中中，人人们们常常常常采用空间分集技术或极化分