天线的基本知识

一、发射天线的作用

广播电视发射台的主要设备包括了：信号源系统、发射机设备以及铁塔和天馈线系统。

在广播电视传输的各个环节中，天馈线系统是各环节中最终的主要设备之一，其作用是将广播电视信号以电磁波的形式向空间传送能量。

天线可以向周围辐射电磁波能量，在计算天线辐射场强时，天线的增益若能提高3dB，则相当于发射机有效功率提高一倍。因此，使用较高增益的天线更具有较大的使用价值。

二、天线的发展

1、1887年郝兹在验证电磁波存在时使用了双球发射天线和单环天线。

2、1897年出现了能实现5Km通信的大型长波天线。

3、1901年马可尼研制出第一付大型垂直极化天线实现3700Km远程通信。

4、20年代初中波天线兴起和发展，从T型、Г型和伞型天线到后来的拉线

式或自立式铁塔天线。凌风公司在2003年又率先研制出了自立式缩短型曲线式中波电小天线。

5、30年代雷达的出现推动了喇叭天线透镜天线介质天线、缝隙天线等超

短波天线的诞生。1928年著名的八木天线研制成功并推广应用至今。

6、40—50年代：蝙蝠翼天线、带有反射板的各种半波振子天线、大功率缝

隙天线迅速发展。长、中、短天线基本定型。

7、随着科技的发展，高增益、宽频带、高分辨率、快速扫描的天线大量出现，

相控天线取得了突破性发展，现代天线已有微带天线、有源相控天线、超导天线、四维天线等。更有向小型化、轻便、隐形化的发展趋势。

三、天线问题求解的基本方法

1、解析法：对形状极为简单的天线求得精确解。

2、近似解析法：变分法、微扰法、迭代法、几何光学法几何绕射法、物理绕射法等。

3、数值法：利用计算机进行运算，可用纯数值法，也可用矢量法。但是，较

为复杂的天线，仍然是用多次实验的方法优化出来的，某些电参数用经验公式或实验曲线计算。

四、天线的主要参数

1、天线的输入阻抗

天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。

天线与馈线的连接，最理想的情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波。

天线的输入阻抗与频率有关。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个常取决于使用者习惯。在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。一般发射天线的输入阻抗为 50Ω。

驻波比就是行波系数的倒数，其值在 1 到无穷大之间。驻波比为 1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在天线系统中，一般要求驻波比小于 1.1，但实际应用中 VSWR 应小于1.15。过大的驻波比会加大发射机反射功率。

回波损耗就是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值在 0dB 的到无穷大之间，回波损耗越大表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。0 表示全反射，无穷大表示完全匹配。在天线系统中，一般要求回波损耗大于 26dB。

2、天线的极化方式

天线辐射的电磁波可以是线极化，椭圆极化或圆极化。

极化是指电场矢量端点随时间变化时运动轨迹的形状，取向和旋转方向。电场矢量在空间任何瞬时固定不变的电磁波称线极化波。

工程上电场矢量和地面平行的称水平极化；与地面垂直的称垂直极化波；与地面倾斜某一角度的称斜线极化。当电场时间顺时针方向旋转是右旋极化，向反时针方向旋转是左旋极化。而轨迹为一椭圆则为椭圆极化。

辐射某种极化电磁波的天线，称为某种极化天线。

极化损失就是发射天线的极形式和接收天线的极化形式不同时，接收功率的损失为极化损失。

3、天线的增益

天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择发射天线最重要的参数之一。

一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。表征天线增益的参数有dBd和dBi两种。dBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd相对于对称阵子天线的增益

dBi=dBd+2.15。

相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。

方向性图就是以天线为中心，在远区恒定距离下，天线辐射特性随空间方位变化的图形，是一空间立体模型。辐射特性是场强，功率密度，相位及极化等，常用的是场强方向图及功率方向图，而且只取两个互相垂直的主平面内的方向图。电视和调频天线通常以E面和H面的方向图描述天线的方向性。前者是通过

天线中心，平行于天线极化方向与传播方向构成的平面上，给定的极化波场强与射线角度的关系图形。H面方向图是通过天线中心垂直与E面的平面上，给定的极化波场强与射线角度的关系图形。水平极化天线的E面方向图称为水平面方

向图。其H 面方向图称为垂直方向图。垂直极化天线的E 面为垂直面，H 面为水平面。

4、天线的主瓣：辐射最大方向的波瓣。

5、天线的主瓣宽度：主板中功率密度为最大值一半的夹角。

6、天线的副瓣：方向图中除主瓣以外的波瓣。

7、天线的副瓣电平：副瓣中最大功率密度与主瓣最大功率密度之比的分贝值。

8、天线的前后比：主瓣最大功率密度与其相反方向副瓣最大功率密度之比的分贝数。

9、天线的方向函数：方向图的数学表达式。

五、对广播电视发射天线的常用技术指标要求

1、频率范围：工作使用频率

2、功率容量：1w 3w 5w 10w 30w 50w 100w 300w 500w

1kw 3kw 5kw 10kw

3、驻波比：≤1.10（甲级），≤1.15（乙级），≤1.20（丙级）。

4、增益：低等天线增益0－3 db

中等天线增益5－7 db

高天线增益大于7.5 db

超高天线增益大于几十分贝

5、方向性：全向、异形、定向；

6、极化方式：水平极化、垂直极化、圆极化

7、输入阻抗：50Ω、75Ω

8、输入接口：L系列L16、L27、L36、L52

N系列N16、N7/16

法兰系列IF45、IF70、IF110 、IF120 4-1/2"

9、抗风速：>30米/秒（十级风速）

10、尺寸及重量

六、广播电视发射天线的分类与选择

1、通常按频率来划分

（１）VHF 波段 I 电视发射天线（48－84MHZ）

单偶极子天线、双偶极子天线、蝙蝠翼天线

（２）调频广播发射天线