天线的基础知识篇-.ppt

天线基础知识篇什么是天线？天线的定义：能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能够有效地接收空间某特定方向来的电磁波的装置。天线的功能：能量转换导行波和自由空间波的转换；定向辐射（接收）具有一定的方向性。2天线的辐射原理：传输线传输线终端张角传输线终端张角传输线对称振子对称振子3天馈系统防雷保护器防雷保护器主馈线（主馈线（7/87/8“）馈线卡馈线卡接地装置接地装置接头密封件接头密封件绝缘密封胶带，绝缘密封胶带，PVCPVC绝缘胶带绝缘胶带天线调节支架天线调节支架抱杆抱杆室外馈线室外馈线室内超柔馈线室内超柔馈线馈线过线窗馈线过线窗基基站站主主设设备备天线天线4天线有哪些种类？n用途分：通信天线、雷达天线、广播天 线、电视天线等n频段分：长波天线、中波天线、短波天线、微波天线等n方向性分：全向天线、定向天线n辐射原理分：线天线、面天线、微带天线、缝隙天线等5对天线的要求n高效率：天线把输入功率全部辐射出去。（理想状态）n方向性：在通信的方向上有辐射，不需要的方向上没有辐射。（理想状态）6大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点7根据什么参数判断天线的好坏？一般要关注的天线的参数：1、电压驻波比2、方向图3、方向系数和增益4、带宽5、极化 81、电压驻波比（VSWR）n电压驻波比（VSWR）：入射波与从天线回来的反射波在馈线中叠加，形成驻波状态。馈线中的电压最大值与电压最小值的比值就是电压驻波比。当天线端口没有反射时，就是理想匹配，驻波比为1；当天线端口全反射时，驻波比为无穷大。9VSWR10弦上的驻波11n驻波比从一个方面反映了天线的效率。n驻波比越大，表示反射的功率越大，效率越低。n一般要求驻波比小于等于1.512 回波损耗回波损耗0.95 W0.95 W80 80 欧姆欧姆50 50 欧姆欧姆前向前向:1:1W W回波回波:0.:0.05W05W此例中，回波损耗为此例中，回波损耗为 10log(1/0.05)=14dB 10log(1/0.05)=14dB，VSWR(VSWR(驻波比驻波比)是对此现象的另一种度量方法是对此现象的另一种度量方法13反射功率计算公式：nSWR1.5时候的效率为：96nSWR1.3效率为98，用户手机接收到的电平会比SWR为1.5时高出0.1dBm！n不要过分追求完美（驻波比）！14 驻波比测试整个天馈系统的驻波比的影响因素包括：整个天馈系统的驻波比的影响因素包括：天线驻波、馈线系统的插入损耗、室外跳线驻波、馈天线驻波、馈线系统的插入损耗、室外跳线驻波、馈线驻波、避雷器驻波、室内超柔跳线驻波比线驻波、避雷器驻波、室内超柔跳线驻波比是以上所有部分驻波的综合效果。是以上所有部分驻波的综合效果。馈线的接头制作馈线的接头制作和和避雷器的驻波比避雷器的驻波比在工程上常常被忽在工程上常常被忽视，是造成天馈系统驻波比升高的视，是造成天馈系统驻波比升高的主要原因主要原因。15防雷保护器防雷保护器主馈线（主馈线（7/87/8“）天线天线抱杆抱杆室外馈线室外馈线室内超柔馈线室内超柔馈线基站主设备基站主设备电缆长度电缆长度L50米米30米米15米米电缆损耗（dB)42.41.2回波损耗（dB）1816.415.2VSWR1.291.361.42 设天线端口驻波比设天线端口驻波比1.51.5，电缆的损耗，电缆的损耗4dB/1004dB/100米，如果其他部件制作工艺优米，如果其他部件制作工艺优秀，则可以算出不同电缆长度时在机房秀，则可以算出不同电缆长度时在机房端口测得的驻波比如左表所示。端口测得的驻波比如左表所示。162、方向图n天线的方向性常用方向图来直观表达。n天线的辐射是三维的，在工程上为了方便，常采用水平和垂直两个面的方向图来描述天线的方向性。n平面方向图有直角坐标方向图和极坐标方向图，其中极坐标方向图更加直观172、方向图 水平面波束宽度=360 垂直面波束宽度=78 水平面H面垂直面E面立体图方向图像一个“汽车轮胎”182、方向图将“轮胎”压扁，信号就越集中，实际使用的天线就是采用一个或者多个辐射单元来实现的。19全向天线3D方向图20全向天线2D方向图21全向天线直角坐标方向图22定向天线3D方向图23水平面和垂直面方向图24要关心的方向图指标一般对方向图比较关心的指标有：1、半功率角（角度越小，增益越大）2、前后比3、副瓣电平25263、方向系数和增益n天线在某方向的方向系数D是它在该方向的辐射强度同把同样的辐射能量向空间均匀辐射的辐射强度之比。n天线在某方向的增益G是它在该方向的辐射强度同把同样的输入能量向空间均匀辐射的辐射强度之比。nD效率系数G27n与放大器的增益定义不一样；n放大器的增益：把输入信号放大n倍输出，那么增益就是n倍，或者是10log（n）dB；n天线是一种无源器件，不会把信号放大（有源天线除外）；n天线具有方向性，同样的输入功率，不同天线在同一方向辐射的强度不同（通常考察最大辐射方向）；n为表征这种辐射差异性，指定一种天线作为参考，所有天线与之对比，这个比值就是增益；28n指定的参考天线不同，比较出来的值不一样。n为了统一，通常指定两种参考天线：一种是理想的各向同性的天线（不存在的），下面称为理想参考天线；一种是规定了制作方法的半波对称振子天线。n这两种指定的参考天线比较出来的值也是不一样的，为了区别这个值是以哪种天线作为参考的，在这个值后面加上单位加以区分。n其它参考天线比较出来的值都要转化为以此两种指定天线作为参考。29n增益是一种辐射强度的比值（不是加减关系）。n为了方便，行业内一般对这个比值进行下面的转换：n上面的G我们一般叫dB值，以表示这个值是经过上面的转化得到的；n如果是以理想参考天线为参考的，得到的G后面加上单位：dBi；以半波振子天线作参考的加上单位dBd。n国内用得更多的是dBi值。30n增益的dBi值减去2.15就得到增益的dBd值。各向同性的理想参考天线在各向同性的理想参考天线在所有方向具有相同的辐射所有方向具有相同的辐射半波对称振子具有面包半波对称振子具有面包圈形的方向图辐射圈形的方向图辐射 2.15dB半波对称振子的增益为半波对称振子的增益为2.15dBi 31方向系数和增益n9.85dBd12dBin半波振子的增益是2.15dBi324、带宽（天线的工作频率范围）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。334、带宽（天线的工作频率范围）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；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1.5时，天线的工作带宽。345、天线的极化n设天线的辐射场E（t，r）是简谐场，在波的传播路径上的某一点作一个垂直于传播方向的平面，电场将躺在这个平面上，电场矢量随时间变化一个周期，电场矢端所描画出的轨迹定义为发射时波的极化，简称极化。35天线的极化n天线的极化有圆极化、线极化、椭圆极化n相同极化的两副天线通信效果最好n线天线的极化可以从辐射体来判断36三遥系统中常用的天线杆状全向天线玻璃钢外罩用作中心台天线37三遥系统中常用的天线四环阵天线改变振子的方向可以改变方向图，可以当全向天线用，也可以加强某一个方向的辐射。增益高，全向时8dBi，定向时11dBi38三遥系统中常用的天线八木天线结构简单、定向性好39三遥系统中常用的天线吸盘天线增益低应用时放置在一个足够大的金属板上，一般要求2个波长以上40天线的安装注意事项n尽量选择制高点安装，周围没有明显阻挡n安装在铁塔上，天线与铁塔距离应两个波长以上n天线固定在金属杆上时，金属杆不应该超出天线的辐射部分（天线的辐射体对周围的金属物体敏感，会影响方向图和驻波）n安装八木天线要注意排水孔的方向41天线与馈线的连接n检查馈线外皮是否破损n检查馈线的电缆头是否牢固，焊接是否良好n检查馈线电缆头的型号与天线电缆头的型号是否相配n接口用防水胶密封防止进水42天馈系统的检测n天线和馈线安装好后，使用之前要用通过式的功率计或驻波表检测系统的电压驻波比是否满足要求n天线一般直流接地，万用表无法检查天线的好坏43防雷措施n安装避雷针，天线应该在避雷针45保护范围内，避雷针与天线的横向距离应大于两个波长n馈线窜接避雷器n四环阵的支撑杆本身可以当做避雷针，安装的时候支撑杆一定要接地良好44