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1、天线知识介绍 2008-9,学习目标,1、无线电波和超短波的基本知识 2、天线辐射电磁波的基本原理介绍 3、关于天线传输线的概念介绍 4、基站天馈系统,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,第一章 无线电波和超短波的基本知识 第二章 天线辐射电磁波的基本原理 第三章 天线传输线的概念介绍 第四章 基站天馈系统,第一章 无线电波和超短波的基本知识,第一节 无线电波的基本知识 第二节 超短波的基本知识,第一章 无线电波和超短波的基本知识,1、无线电波的基本知识 1、1 无线电波的概念: 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，同时这两者又都垂直
2、于传播方向。,第一章 无线电波和超短波的基本知识,无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用公里秒表示。在媒质中的传播速度为：/（）1/2，式中为传播媒质的相对介电常数。,无线电波类似一个 池塘上的波纹，在传 播时波会减弱。,第一章 无线电波和超短波的基本知识,电磁波的传播,第一章 无线电波和超短波的基本知识,可用式 / 表示。在公式中，为速度，单位为米/秒； 为频率，单位为赫芝；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在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。 无线电波的波长、频率和传播速度的关系：,第一章 无线电
3、波和超短波的基本知识,. 无线电波的极化 无线电波在空间传播时，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。,第一章 无线电波和超短波的基本知识,什么是天线？ 把从导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,第一章 无线电波和超短波的基本知识,1.3 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,第一章 无线电波和超短波的基本知识,双极化天线 两个天线为一个整体，传输两个独立的波。,第一章 无线电波和超短波的基本知识,1.4 圆极化波 如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，
4、我们就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向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。 垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。 右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收；而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。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失。,第一章 无线电波和超短波的基本知识,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，都要产生分贝的极化损失，即只能接收到来
5、波的一半能量； 1.5 极化损失 当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来波的极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。,第一章 无线电波和超短波的基本知识,1.6 (极化)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,第一章 无线电波和超短波的基本知识,第一节 无线电波的基本知识 第二节 超短波的基本知识,第一章 无线电波和超短波的基本知识,2 超短波的传播 无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同。目前GSM和CDMA移动通信使用的频段都属于UHF（特高频）超短波段，其高端属于微波。 2.1
6、超短波和微波的视距传播 超短波和微波的频率很高，波长较短，它的地面波衰减很快。因此也不能依靠地面波作较远距离的传播，它主要是由空间波来传播的。,第一章 无线电波和超短波的基本知识,2.2 电波的多径传播 电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如，山丘、森林、地面或楼房等高大建筑物，还会产生反射。因此，到达接收天线的超短波不仅有直射波，还有反射波，这种现象就叫多径传输。 由于多途径传播使得信号场强分布相当复杂，波动很大；也由于多径传输的影响，会使电波的极化方向发生变化，因此，有的地方信号场强增强，有的地方信号场强减弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不同。,第一章 无线电波和超短波的基本知识,多
7、径传播与反射,第一章 无线电波和超短波的基本知识,2. 电波的绕射传播 电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕过障碍物，再向前传播。这种现象叫做电波的绕射。超短波的绕射能力较弱，在高大建筑物后面会形成所谓的“阴影区”。 信号质量受到影响的程度不仅和接收天线距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还和频率有关。 也就是说，频率越高，建筑物越高、越近，影响越大。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响越小。 因此，架设天线选择基站场地时，必须按上述原则来考虑对绕射传播可能产生的各种不利因素，并努力加以避免。,课程内容,第一章 无线电波和超短波的基本知识 第二章 天线辐射电磁波的基本原理 第三章 天线传输
8、线的概念介绍 第四章 基站天馈系统,第二章 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，辐射的能力与导线的长短和形状有关. 当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,同轴线变化为天线,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,2.1 对称振子（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。,一个1/2波长的对称振子 在800MHz 约 200mm长 400MHz 约 400mm 长,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,对称振子上的场分布,第二章 天
9、线辐射电磁波的基本原理,2.2 天线的输入阻抗 天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗有电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。 输入阻抗与天线的结构和工作波长有关，基本半波振子，即由中间对称馈电的半波长导线，其输入阻抗为（73.142.5）欧姆。,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,2.3 天线的方向性 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。天线的方向性的特性曲线通常用方向
10、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。,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,天线方向图,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,2.4 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： 一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度； 另一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。,第二章 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 在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是
11、可以接受的。,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,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,2.5 天线的功能: 控制辐射能量的去向,在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求把“面包圈” 压成扁平的。,第二章 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 反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线,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(8m
12、W/1mW) = 9dBd,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,2.6 dBd 和 dBi的区别,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,2.7 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,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) (反向功率),第二章 天线辐射电磁波的基本原理,2.8 波束宽度,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,2.9天线波束的下倾 为使波束指向朝向地面,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,天线波束下倾的演示,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,波束下倾 用于 ：控制覆盖、减小交调 两种方法:机
13、械下倾、电下倾,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,电下倾的产生,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,电下倾情况下的波束覆盖,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,机械下倾情况下的波束覆盖,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,下倾方法的比较,第二章 天线辐射电磁波的基本原理,如何实现可变电下倾,课程内容,第一章 无线电波和超短波的基本知识 第二章 天线辐射电磁波的基本原理 第三章 天线传输线的概念介绍 第四章 基站天馈系统,第三章 无线传输线的概念介绍,连接天线和发射（或接收）机输出（或输入）端的导线称为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量。因此它应能将天线接收的信号以最小的损耗传送到接收
14、机输入端，或将发射机发出的信号以最小的损耗传送到发射天线的输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号。这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡。 当传输线的几何长度等于或大于所传送信号的波长时就叫做长传输线，简称长线。,第三章 无线传输线的概念介绍,3.1 传输线的种类 超短波段的传输线一般有两种：平行线传输线和同轴电缆传输线（微波传输线有波导和微带等）。 平行线传输线通常由两根平行的导线组成。它是对称式或平衡式的传输线。这种馈线损耗大，不能用于UHF频段。 同轴电缆传输线的两根导线为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。,第三章 无线传输线的概念介绍,3
15、.2 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/r 1/2 log(D/d)欧姆。 通常。=50欧姆/或75欧姆 在公式中，D为同轴电缆外导体铜网内径； d为其芯线外径； r为导体间绝缘介质的相对介电常数。,第三章 无线传输线的概念介绍,3.3 馈线衰减常数 信号在馈线里传输，除有导体的电阻损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。损耗的大小用衰减常数表示。单位用分贝（dB）米或分贝百米表示。 这里顺便再说明一下分贝的概念，当输入功率为。输出功率为时，
16、传输损耗可用表示， (dB)10log(。/)(分贝)。,第三章 无线传输线的概念介绍,3.4 匹配的概念 什么叫匹配？我们可简单地认为，馈线终端所接负载阻抗等于馈线特性阻抗。时，称为馈线终端是匹配连接的。 在实际工作中，天线的输入阻抗还会受周围物体存在和杂散电容的影响。为了使馈线与天线严格匹配，在架设天线时还需要通过测量，适当地调整天线的结构，或加装匹配装置。,第三章 无线传输线的概念介绍,匹配和失配例,要获得良好的电性能阻抗必须匹配,第三章 无线传输线的概念介绍,3.5 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
