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天线基础知识 通信工程系 2010年9月 天线基础知识 1 天线 2 电波传播的几个基本概念 3 传输线的几个基本概念 4 基站天馈系统 1 天线 1.1 天线的作用与地位 1.2 对称振子 1.3 天线方向性的讨论 1.4 天线的极化 1.5 天线的输入阻抗 Zin 1.6 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 1.1 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，由天线以电磁波形式辐射出去。 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，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等； 按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等； 按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等； 按外形分类，可分为线状天线、面状天线等； 电磁波的辐射 1.2 对称振子 1.3 天线方向性的讨论 1.3.1 天线方向性 1.3.2 天线方向性增强 1.3.3 增益 1.3.4 波瓣宽度 1.3.5 前后比 1.3.6 天线增益的近似计算式 1.3.7 上旁瓣抑制 1.3.1 天线方向性 发射天线的基本功能 把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去 把大部分能量朝所需的方向辐射 1.3.1 天线方向性 1.3.2 天线方向性增强 1.3.3 增益 增益：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。 定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。 半波对称振子的增益为G=2.15dBi。 4个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为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)。 如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是dBd。 1.3.4 波瓣宽度 1.3.5 前后比 F / B = 10 Lg （前向功率密度/后向功率密度） 1.3.6 天线增益的近似计算式 天线主瓣宽度越窄，增益越高。 对于一般天线: 1.3.7 上旁瓣抑制 1.4 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：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。 1.4.1 双极化天线 1.4.2 极化损失 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，接收到的信号都会变小，也就是说，发生极化损失。 当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。 1.5 天线的输入阻抗 Zin 定义：天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。 输入阻抗具有电阻分量 Rin 和电抗分量 Xin ，即 Zin = Rin + jXin 。 电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取，因此，必须使电抗分量尽可能为零，也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。 1.6 天线的工作频率范围（频带宽度） 两种不同的定义 在驻波比SWR ≤ 2 条件下，天线的工作频带宽度； 天线增益下降 3 分贝范围内的频带宽度。 注：在移动通信系统中，通常是按前一种定义的 判断天线的工作带宽 1、通过观测天线的S11参数，S11参数低于-10dB的频段都属于天线的工作带宽。 2、通过观测天线的VSWR，VSWR低于2的频段属于天线的工作带宽。 1.7 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 1.7.2 高增益栅状抛物面天线 1.7.3 八木定向天线 1.7.4 室内吸顶天线 1.7.5 室内壁挂天线 1.7.1 板状天线 无论是GSM 还是CDMA， 板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。 特点：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 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，应选择相应的天线型号。 1.7.1 板状天线 多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵 在直线阵的一侧加一块反射板 1.7.2 高增益栅状抛物面天线 从性能价格比出发，人们常常选用栅状抛物面天线作为直放站施主天线。由于抛物面具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，它特别适用于点对点的通信。 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。 抛物面天线一般都能给出 不低于 30 dB 的前后比。 1.7.3 八木定向天线 优点：增益较高、结构