天线和电磁波

波长
电磁波的概念 超短波的传播
基本概念
无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同。 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 目前 和 移动通信使用的频段都属于UHF 移动通信使用的频段都属于 特高频）超短波段，其高端属于微波。 （特高频）超短波段，其高端属于微波。 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， 超短波和微波的频率很高，波长较短，它的地面 波衰减很快。 波衰减很快。因此也不能依靠地面波作较远距离的传 它主要是由空间波来传播的。 播，它主要是由空间波来传播的。空间波一般只能沿 直线方向传播到直接可见的地方。 直线方向传播到直接可见的地方。在直视距离内超短 波的传播区域习惯上称为“照明区” 波的传播区域习惯上称为“照明区”。在直视距离内 超短波接收装置才能稳定地接收信号。 超短波接收装置才能稳定地接收信号。
天线的概念
基本概念
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
垂直极化 水平极化
+ 45度倾斜的极化 度倾斜的极化
- 45度倾斜的极化 度倾斜的极化
天线的概念 双极化天线 传输两个独立的波，两个天线为一个整体。 传输两个独立的波，两个天线为一个整体。
基本概念
V/H (垂直 水平 垂直/水平 垂直 水平)
倾斜 (+/- 45°) °
天线的概念 圆极化波
基本概念
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。 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， 旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，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， 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 向旋转的叫做左旋圆极化波。 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； 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； 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。 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，例如： 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， 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３分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量。 都要产生３分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量。
电磁波的概念 衰落特性 衰落一般分为快衰落 慢衰落 快衰落与慢衰落 快衰落 慢衰落两种
慢衰落
基本概念
慢衰落是由接收点周围地形地物对信号反射，使得信号电平在几十米范 围内有大幅度的变化，若MS在没有任何障碍物的环境下移动，则某点信号 电平与该点和发射机的距离有关。 快衰落 快衰落是叠加在慢衰落的信号上的，这个 信 号 衰落的速度很快，每秒钟可达到几十次，除 强 度 与地形地物有关，还与MS的速度和信号的 快衰落 波长有关，并且幅度可达几十个dB，信号的 变化呈瑞利分布，也叫瑞利衰落。 移动 慢衰落
天线的原理
基本概念
天线辐射电磁波的原理 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.如果导线位置如 由于两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势 几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开， 这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感 应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度ｌ远 小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱. 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。
天线的概念 极化损失
基本概念
当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时， 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： 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３分贝的极化损失， 或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生３分贝的极化损失， 即只能接收到来波的一半能量； 即只能接收到来波的一半能量； 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 当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化） 方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时， 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。 收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。

电磁波的概念 无线电波的传播方式
直射 直射是无线电波在自由空间传播的方式。 反射
基本概念
当电磁波遇到比波长大得多的物体时，就会发生反射。反射常发生在地 球表面、建筑物和墙壁表面。 绕射 当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的边缘阻挡时，就发生绕射。 散射 当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体，并且单位体积内这种障碍 物数目非常巨大时，就会发生散射。
电磁波的概念
基本概念
无线电波的波长、 无线电波的波长、频率和传播速度的关系 该关系可用式 λ＝Ｖ/ｆ 表示，其中Ｖ为速度，单位 为米/秒；ｆ为频率，单位为赫芝；λ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。 我们通常使用的聚四氟乙烯型绝缘同轴射频电缆其相对 介 电 常 数 ε 约 为 2.1 ， 因 此 ， Ｖ ε≈ Ｃ /1.44 ， λε≈λ/1.44 。
A RT O' RR B 接收天线高HR 发射天线高HT
电磁波的概念 电波的多径传播
基本概念
电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如，山丘、森林、 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， 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， 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。 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； 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 也由于多径传输的影响，会使电波的极化方向发生变化， 有的地方信号场强增强，有的地方信号场强减弱。另外， 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。例如： 不同的障碍物对电波的反射能力也不同。例如：钢筋水泥建 筑物对超短波的反射能力比砖墙强。 筑物对超短波的反射能力比砖墙强。我们应尽量避免多径传 输效应的影响。 输效应的影响。同时可采取空间分集或极化分集的措施加以 对应。 对应。
电磁波的概念 用分集接收改善信号电平
基本概念
天线的概念
基本概念
天线的概念 把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…... 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
Blah blah blah bl ah
天线的概念
基本概念
天线的作用 天线的作用 作用就是将传输线中的高频电磁能转化为自由空 作用 间的电磁波，或反之将自由空间的电磁波转化为传输线中 的高频电磁能。 了解天线的相关性能，必须掌握自由空间中的电磁波相 关知识及高频传输的相关知识。
电磁波的概念 电波的多径传播
基本概念
电磁波的概念 电波的绕射传播
基本概念
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。 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， 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” 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。 物的距离及建筑物的高度有关，还和频率有关。例如一个建筑物的高度为 １０米，在距建筑物２００米处接收的信号质量几乎不受影响，但在距建 筑物１００米处，接收信号场强将比无高搂时明显减弱。这时，如果接收 的是２１６～２２３兆赫的电视信号，接收信号场强比无高搂时减弱１６ 分贝，当接收６７０兆赫的电视信号时，接收信号场强将比无高搂时减弱 ２０分贝。如果建筑物的高度增加到５０米时，则在距建筑物１０００米 以内，接收信号的场强都将受到影响，因而有不同程度的减弱。也就是说， 也就是说， 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、 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。 越远，影响越小。 因此，架设天线选择基站场地时， 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。 可能产生的各种不利因素，并努力加以避免。
电磁波的概念
基本概念
无线电波的极化 无线电波在空间传播时， 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。 而变化的 ， 这种现象称为无线电波的极化 。 无线电波的 电场方向称为电波的极化方向。 电场方向称为电波的极化方向 。 如果电波的电场方向垂 直于地面， 我们就称它为垂直极化波。 直于地面 ， 我们就称它为垂直极化波 。 如果电波的电场 方向与地面平行，则称它为水平极化波。 方向与地面平行，则称它为水平极化波
电磁波的概念
基本概念
超短波和微波的视距传播(续上） 超短波和微波的视距传播(续上） 直视距离和发射天线以及接收天线的高度有关系， 直视距离和发射天线以及接收天线的高度有关系，并 受到地球曲率半径的影响。由简单的几何关系式可知: 受到地球曲率半径的影响。由简单的几何关系式可知: AB＝3.57(√HT+√HR)(公里 公里) AB＝3.57(√HT+√HR)(公里) 由于大气层对超短波的折射作用， 由于大气层对超短波的折射作用，有效传播直视距离 AB (√HT+√HR)(公里 公里) 为: AB＝4.12 (√HT+√HR)(公里)