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1、天线的主要技术和发展趋 势 组员 天线概念 天线的基本功能是辐射和接收无线电波。发射时，把高频电 流转换为电磁波；接收时，把电磁波转换为高频电流。天线的一 般原理是：当导体上通以高频电流时，在其周围空间会产生电场 与磁场。按电磁场在空间的分布特性，可分为近区、中间区、远 区。设R为空间一点到导体的距离，是高频电流信号的波长，在R 2时的区域称近区，在该区内的电磁场与导体中电流、 电压有紧密的联系；在RA2的区域称为远区，在该区域内 电磁场能离开导体向空间传播，它的变化相对于导体上的电流、 电压就要滞后一段时间，此时传播出去的电磁波已不与导线上的 电流、电压有直接的联系了，这区域的电磁场称为辐射
2、场。 天线的主要技术 1 首先天线要有一个电磁开放系统。天线应尽可能的完成导波 能量与电磁波能量的相互转换。 2 天线与发射机或接收机匹配。 3 天线要具有方向性。电磁波尽可能集中于确定方向上，或对 确定方向的来波最大限度接受。 4 天线有适当的极化，能发射或接受规定极化的电磁波。 5 应有足够的工作频带。 1 线天线 基本振子可以认为是辐射电磁波的最小单元，任意线天线均可以 看成有一系列基本振子构成。 基本振子的辐射 天线的电参数 2 面天线 面天线用在无线电频谱的高频段，尤其是微波波段。这类天线所 载的电流是分布在金属面上的，金属面的口径尺寸远大于工作波 长。 面天线的分析方法 3 电波传
3、播 实际的电磁波传播并非在理想的自由空间 进行，而在一定的媒介中传输，不同的 媒介对无线电波影响是不一样的，在通常 的传输距离上，电波传播的损耗也是非 长大的。 电波传播分析 天线发展史 最早的发射天线是H.R.赫兹在1887年为了验证J.C.麦克斯韦 根据理论推导所作关于存在电磁波的预言而设计的。自从这副天 线产生以后，天线的发展大致分为四个历史时期。 线天线时期 面天线时期 从第二次世界大战结束到50年代末期：微波中继通信、对流 层散射通信、射电天文和电视广播等工程技术的天线设备有了很 大发展，建立了大型反射面天线。 50年代以后。卡塞格伦天线的出现，天线塔等等 天线发展趣谈 1894年，
4、35岁的俄国青年波波夫组装了一台电磁波接收机。在一次实验中，波波 夫发现金属屑检波器的灵敏度异常高，接收电磁波的距离比平时有明显增加。他没放过这 个异常现象，仔细检查后发现，有一根导线搭在检波器上。很明显，这根导线增强了检波 器的接收能力。波波夫真是喜出望外，提高机器的灵敏度，增加传收距离的愿望竟在无意 中实现了。从目前笔者了解的信息来看，他使用的这根导线是世界上第一根天线。 几个月后，21岁的意大利小伙子马可尼试验成功了自己的火花式收发信机。为 加大发射距离，他用一大片金属接在发射机火花隙的一端，并高高地挂在树上，火花隙的 另一端则接在地上，电波的强度竟增加数倍，收发距离达数公里。自从有了天
5、地线之后， 马可尼的研究进度神速，效果惊人。终于在1899年3月，成功地自英国海岸多佛市东北角的 一个名叫南福伦的悬崖灯塔内向距离45公里之外的法国永莫锐进行通信。无线电波横跨英 吉利海峡，传达了数百封电报，震惊了整个欧洲大陆，马可尼被公认为GP天线（垂直天线 ）的发明人。 天线的下一个主要突破是由戴柏（Diogenes Dipole）创造的。一天，戴柏走 过一个游乐场，发现狮子正在玩跷跷板， 天线发展趣谈 回到家后，戴柏马上拿了一条导线接上机器，狮子都能很快地保持平衡，于是突发奇想：如果天线也能保 持平衡，效果会怎样呢？回到家后，戴柏马上拿了一条导线接上机器外壳，另一条导线则接到发射机输出
6、，把两根导线对称摆开，这就成为一组新的天线。感谢上帝，这种平衡天线非常好用！这就是大名鼎鼎的 “双偶极”（DIPOLE）天线，为了纪念戴柏，而以他的名字来命名。接下来的发明人是无线电爱好者崔伯 （Von Trap）。由于家里空间不够大，无法架设双偶极天线，所以他沿着天线，每隔几英尺左右就绕几 个圈，好把过长的部分缠绕起来，并且在缠绕的电感上并联电容，这就是“崔伯双偶极天线 ” (TRAP DIPOLE)，也叫陷波式偶极天线。 承袭者温顿（Raoul Windom）发现跷跷板放上不同重量的物体，通过调整距离也可以达到平衡， 天线应该也可以像这样，以人工方式调整，达到平衡（匹配）。于是温顿天线（偏
7、馈天线）被发明了。二 战期间，温顿天线被广泛应用在战机上，直到喷气机时代才光荣退休。 正是有了这么多前辈孜孜不倦地努力追求，今天的你我才拥有了最亲密的朋友手机，一部小 功率的无线电台。虽然因为扩频通信技术的广泛应用，天线已经内置在手机机壳里看不到了，但请别忘了 ，十几年前的老式大哥大，用的还是古老的GP天线呢！ 1未来天线技术发展预测 从无线网络发展趋势及运营商面临的各种挑战来看，天线技 术未来的发展基本遵循以下几个方向 天线体积小型化 天线性能基本不变的条件下，减小天线的体积。小型化 是一个基础性技术，是天线永恒的发展方向。 （1.1）小型化天线技术 天线小型化有两种实现方式。第一种是通过优
8、化天线设计方案，实现服务区外电平快速下降、压低旁 瓣和后瓣，降低交叉极化电平，采用低损耗、无表面波寄生辐射、低VSWR的馈电网络等途径提高天线辐射 效率，从而实现同等增益下天线体积的缩小。这种方式天线的性能指标不变，但是限于技术难度，体积下 降程度有限，实现难度比较大而且成本较高。第二种实现方式是通过降低天线的增益来实现体积的减小。 这种方式的体积下降明显，增益每降3 dB体积就会缩小一半，比较容易实现，但是小型化之后增益指标 的下降会限制天线的应用范围。为保证天线小型化后的性能满足不同场景的应用需求，未来天线小型化技 术应在第一种实现方式上发展。 目前移动通信天线通过第一种方式实现一定程度的
9、小型化，业内也有小型化天线的应用案例，但限 于各种因素，目前小型化天线的安装仍需要一定的天面资源，而且性能指标有待提高，工作频段较窄。如 果在网应用，需要多个小型化天线同时工作才能全频段覆盖，这就失去了小型化的优势和意义。 未来运营商应引导产业优势力量，推动天线后端设备充分一体化，达到利用环境实现美化和隐身要 求，实现天面资源的真正节约和灵活的部署方式。在推动天线小型化的同时，实现天线工作频段的宽带化 ，以利于减少天线数量和未来系统升级，充分体现小型化天线的优势。 多制式天线 未来多种制式共用一面超宽带天线，不仅天线工作频段覆盖 多个制式，而且可以根据系统的不同要求实现每一个制式的独立 调节。
10、多制式天线的应用将节省建站成本和资源，灵活满足每种 制式的网络覆盖要求。 （2.2）多制式天线应用 多制式天线就是让不同通信系统共用一副天线，以便有效地 节约安装空间。多制式天线的实现主要是通过在天线内部合理的 放置辐射单元实现天线工作频段的宽带化，以及通过信号合路和 分路实现不同频段信号的调节和控制，如图1所示 天线功能模式向智能化功能方向发展。 自1997年来，第三代移动通信技术逐渐成为国内外移动通信领域的 研究热点，并迅速催生出第四代移动通信技术，而智能天线正是第三代第 四代移动通信系统的关键技术之一。 智能天线采用空分复用(SDMA)，利用在信号传播方向上的差别， 将同频率、同时隙的信号区分开来。它可以成倍地扩展通信容量，并和其 他复用技术相结合，最大限度地利用有限的频谱资源。另外在移动通信中 ，由于复杂的地形、建筑物结构对电波传播的影响，大量用户间的相互影 响，产生时延扩散、瑞利衰落、多径、共信道干扰等，使通信质量受到严 重影响。采用智能天线可以有效的解决这个问题。 天线与射频模块连接由分离式向集中式 发展 未来集中式的设备代替分离式的设备，光纤代替电缆，天线 与主设备实现小型化和一体化并充分结合，实现天线资源的节约 和灵活的部署方式，适应网络扁平化的发展趋势。 结束 谢谢
