5天线理论基础
天线知识讲座讲解
天线部分一、天线理论知识天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其质量的优良和是否合理使用对无线通信工程的成败起到重要作用。
所以我们必须全面了解天线。
1、天线的方位图：方位图是天线电气性能的最重要指标它直接全面的反映出天线的辐射特性。
定义：天线的辐射电磁场在一定距离上随空间角坐标分布的图形。
由于电磁场的矢量特征包含了幅度、相位、极化方向等信息，因此，对应有：幅度方向图、相位方向图。
而电磁场的幅度可用场强和功率密度表示，所以，幅度方向图又分为场强方向图和功率方向图。
除非特殊说明，在一般情况下，通常天线方向图指的是功率方向图，幅度以dB为单位。
根据定义，天线的方向图是三维立体图，但实际获得完整的三维方向图是非常困难的。
通常根据天线的结构特点，选择两个或多个特征面测得该平面内的二维方向图如：E面方向图：通过最大辐射方向并与电场矢量平行的平面；H面方向图：通过最大辐射方向并与磁场矢量平行的平面；水平面方向图（Horizontal）：是指与地面平行的平面内的方向图；垂直面方向图（Vertical）：是指与地面垂直的平面内的方向图。
当天线为垂直极化时，H面近似为水平面，E面近似为垂直面，如果天线为水平极化则情况正好相反。
E面图和H面图只是描述了天线的功率密度的分布情况，但不能定量的反映天线的主要特征。
为了更好的描述天线的方向图，常使用半功率波束宽度、副瓣电平、前后比、第一上副瓣抑制、第一下零点填充等都是描述方向图特征的指标。
2、波瓣：零功率点波瓣宽度：主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。
半功率点波瓣宽度：在E面或H面的等距线上，主瓣最大值两边场强等于最大场强的0.707倍（或一半功率密度）的两辐射方向之间的夹角。
副瓣电平：在E面或H面的等距线上，副瓣最大值与主瓣最大值之比，通常用dB表示。
后瓣：与主瓣相反方向上的副瓣。
前后比：等距线上，主瓣功率密度最大值和后瓣功率密度最大值之比(dB)在实际应用中由于天线的上副瓣信号不能起到覆盖的作用，且常常造成越区覆盖的问题，所以我们会想方设法抑制这个方向上信号的发射，而一般与主瓣方向夹角较小的第一上副瓣的功率密度最大，影响最坏，所以我们以对它的抑制为考察指标：第一上副瓣抑制（FirstUpper Side Lobe Suppression ）。
第1章 天线基础知识(课件)
螺旋天线、喇叭天线和反射面天线等。
第1章 天线基础知识
天线的分析方法:麦克斯韦电磁场方程(“场”分析法)
“路”分析法: 将系统看成由分立元件及连接导线组成.
“场”分析法: 将系统看成分布系统. “场”:在全部或部分空间里的每一个点,都对应某个物理 量的一个确定的值,称为在这个空间确定了该物理量的 场.
第1章 天线基础知识
对于线性媒质,某点的电极化强度P正比于该点的电场强
度E。在各向同性媒质中某点的P和E方向相同,即
P xe 0 E
式中χ e为电极化率,它是没有量纲的纯数,不同的介质
就有不同的χ e。
D 0 E xe 0 E 0 (1 xe ) E 0 r E E
(3)Eθ 和Hφ 的比值为常数，称为媒质的波阻抗，记
为η。对于自由空间 E
0 120 H 0
(1―4―6)
第1章 天线基础知识
(4)Eθ 和Hφ 与sinθ成正比，说明电基本振子
的辐射具有方向性，辐射场不是均匀球面波。
因此，任何实际的电磁辐射绝不可能具有完全
的球对称性，这也是所有辐射场的普遍特性。 电偶极子向自由空间辐射的总功率称为辐 射功率Pr，它等于坡印廷矢量在任一包围电偶 极子的球面上的积分，即
第1章 天线基础知识
(4) 按天线特性分类：按方向特性分，有定向天线、全
向天线、强方向性天线和弱方向性天线；按极化特性 分，有线极化(垂直极化和水平极化)天线和圆极化天 线；按频带特性分， 有窄频带天线、 宽频带天线和超 宽频带天线。 (5) 按馈电方式分，有对称天线和非对称天线。 (6) 按天线上的电流分，有行波天线和驻波天线。 (7) 按天线外形分，有V形天线、菱形天线、环行天线、
天线基本原理及常用天线介绍
25
电压驻波比（VSWR）对网络的影响：
VSWR 反射功率比 辐射功率减少 减少百分比
3.0
25%
2.15dB
40%
2.0
11%
0.86dB
18%
1.8
8%
0.67dB
14%
1.5
4%
0.36dB
8.0%
1.4
2.8%
0.21dB
4.7%
1.3
1.7%
0.13dB
2.9%
1.2
0.8%
0.07dB
三个及三个以上工作频段（不同制式）的宽频
天线。正如前边所介绍的：
806~869 824～896 870～960
806～960MHz 一副天线
1710～1880 1850～1990 1920～2170
1710~2170MHz 一副天线
31
806~960MHz的超宽频天线
现在的一副天线相当于原来的三副天线， 并且具备电调功能，既提高了产品性能，又在很大程度上降低了天线的生产3成2 本
峰值
- 3dB点
Peak - 3dB
15° (eg)
Peak
10dB 波束宽度
- 10dB点
120° (eg)
峰值 - 10dB点 Peak - 10dB
32° (eg)
Peak
Peak - 3dB
俯仰面即垂直面方向图
Peak - 10dB 16
方向图旁瓣显示
上旁瓣抑制 下旁瓣抑制
17
8、方向图在移动组网中的应用
1.1%
26
多径传播与反射
27
用分集接收改善信号电平
28
二、几种常用天线的介绍
5g天线简介介绍
化，可以降低干扰、提高信号质量，同时降低能耗。例如，采用波束成形技术 和大规模MIMO技术可以提高信号增益和覆盖范围。 • 优化设备布局和设计：通过对基站和移动设备的布局和设计进行优化，可以改 善覆盖效果和信号质量。例如，采用分布式天线系统和智能反射表面技术可以 提高覆盖范围和信号稳定性。 • 加强维护和管理：定期对5G天线进行维护和管理，包括清洁、检测和维修等 操作，可以保证设备的正常运行，延长使用寿命。同时，及时处理故障和问题 ，可以避免对整个通信系统造成影响。
03
5g天线的主要类型
5g天线的主要类型
• 5G天线是第五代移动通信技术（5G）中的重要组成部分，负 责在设备之间传输和接收高速数据信号。5G天线的性能直接影 响着无线通信的质量和效率。
04
5g天线的设计要素
5g天线的设计要素
• 5G天线是第五代移动通信技术中的重要组成部分，它负责在移动设备与信号基站之间传输无线电信号。与4G技术相比， 5G技术对天线的性能、数量和布局等方面有更高的要求。
03
5g天线市场需求增长
随着各行业对5G网络的需求增长，未来5g天线市场的需求也将持续增
长，为5G技术的普及和发展提供强有力的支持。
06
5g天线的发展趋势与挑战
5g天线的发展趋势
5g天线数量增加
01
随着5G技术的足高速、低延迟的数据传输需求。
5g天线技术升级
低时延
5G技术具有低时延的特点 ，可以提供更快的响应速 度和更好的实时性。
高度可靠
5G技术具有高度可靠的特 点，可以提供更稳定的网 络连接和更好的服务质量 。
天线原理书籍
天线原理书籍天线是无线通信系统中不可或缺的重要组成部分，它用于接收和发射电磁波，实现无线信号的传递。
天线原理是理解和设计天线的基础知识，对于工程师和学习者来说至关重要。
在这篇文章中，我将介绍一些关于天线原理的书籍，帮助读者更好地理解和掌握天线技术。
1. 《天线原理》（作者：庞西华）《天线原理》是天线领域的经典教材，由中国工程院院士庞西华教授撰写。
该书系统地介绍了天线的理论基础、辐射特性、天线阵列、天线设计等内容。
书中内容丰富，图文并茂，深入浅出地解释了各种天线原理的基本概念和数学方法。
此外，书中还包含了大量的实例和习题，帮助读者巩固所学知识。
2. 《现代天线设计》（作者：Thomas A. Milligan）《现代天线设计》是一本介绍天线设计方法和技术的权威参考书。
作者Thomas A. Milligan是天线领域的专家，他系统地介绍了天线设计的各个方面，包括天线辐射原理、天线参数选择、天线模型和模拟等。
这本书中还提供了大量的实用案例和计算方法，帮助读者理解和应用天线设计的原理。
3. 《天线理论与微波技术》（作者：韩占伟）《天线理论与微波技术》是一本面向高等院校电子信息类专业学生的教材。
作者韩占伟是天线学科的专家，他将天线原理结合了微波技术进行了讲解。
该书内容包括天线的基本概念、天线阵列、天线辐射、天线参数和天线设计等。
书中还介绍了一些常见的天线类型和应用领域，如微带天线、卫星通信天线等。
4. 《天线理论基础》（作者：郑希耕）《天线理论基础》是天线学科的入门教材，适合初学者阅读。
作者郑希耕是电子工程师，他用简洁清晰的语言，介绍了天线原理的基本概念和数学描述。
书中内容包括天线的特性参数、天线阵列、天线辐射形式等。
此外，书中还提供了一些练习题和习题解析，帮助读者巩固所学内容。
这些书籍涵盖了天线原理的基本概念和详细技术细节，适合不同层次的读者。
无论是学习天线的初学者还是专业人士，都可以从中获得理论知识和实用技术。
天线基本理论
回波损耗随反 射系数的变化 曲线
RL与反射系数的关系
回波损耗取决于反射 信号本身的损耗
1 越大， Lr 越小
Lr =-20lg 1
二、天线基本理论学习
2.3 传输线及天线相关电参数
a b
c
S11=b/a
S21=c/a
二、天线基本理论学习
2.3 传输线及天线相关电参数
学习报告
制作人：张旭峰、邓帅飞
目 录
一、天线发展史简介
二、天线基本理论学习
三、HFSS天线仿真训练 四、烙铁焊接训练
一、天线发展史简介
1.1天线的产生
闭合系统变为开放系统，向外辐射电磁波。
一、天线发展史简介
1.2天线的发展
偶极天线 单极天线 倒L天线
便于实际 应用
缩小体积 尺寸
方便阻抗 匹配
一、天线发展史简介
四、烙铁焊接训练
每天坚持练习烙铁焊接基本功，为下一步 制作实际手工板天线打好基础。
Interconnect Innovation, Build future
S11
2014-10-3
三、HFSS天线仿真训练
3.2倒F型天线
3D辐射场型
三、HFSS天线仿真训练
3.3 PIFA型天线
天线模型
2014-10-3
三、HFSS天线仿真训练
3.3 PIFA型天线
S11
2014-10-3
三、HFSS天线仿真训练
3.3 PIFA型天线
3D辐射场型
2014-10-3
2014-10-3
IS95 CDMA频率 （825-880MHz）
GPS频段 1575.42MHz ±20MHz 3G频率(18802025MHz)
第1章--天线基础知识
第1章 天线基础知识
为了便于比较不同天线的方向性，常采用归一化 方向函数，用F(θ,φ)表示，即
F( , )
f ( , )
E( , )
fmax ( , )
Emax
第1章 天线基础知识
式中，fmax(θ,φ)为方向函数的最大值；Emax为最大辐射方 向上的电场强度;E(θ,φ)为同一距离(θ,φ)方向上的电场强 度。
归一化方向函数F(θ,φ)的最大值为1。因此，电基本 振子的归一化方向函数可写为
F(θ,φ)=|sinθ| 为了分析和对比方便，今后我们定义理想点源是无 方向性天线，它在各个方向上、相同距离处产生的辐射 场的大小是相等的，因此，它的归一化方向函数为
F(θ,φ)=1
第1章 天线基础知识
1.2.2 方向图 天线的方向函数，它与r及I无关。将方向函数用
y
图1―2―3 电基本振子E平面方向图
第1章 天线基础知识
z
x
y |sin 90°|＝ 1
图1―2―4 电基本振子H平面方向图
第1章 天线基础知识
但是要注意的是，尽管球坐标系中的磁基本振子方 向性和电基本振子一样，但E面和H面的位置恰好互换。
有时还需要讨论辐射的功率密度（坡印廷矢量模值） 与方向之间的关系，因此引进功率方向图（Power Pattern）Φ(θ,φ)。容易得出，它与场强方向图之间的关 系为
第1章 天线基础知识 z
Er
H
Ir
E
lO y
x
图1―1 电基本振子的坐标
第1章 天线基础知识
E Erer E e
H He
式中,E为电场强度，单位为V/m；
H为磁场强度，单位为A/m；
天线理论基础知识 ppt课件
➢辐射单元各组成部分的尺寸精 度和相对位置精度；
➢板材的质量和强度； ➢表面处理质量。
➢塑料件的尺寸精度、结构强 度和抗老化性能；
➢馈电方式及馈电片与振子的 相对位置精度。 17
二、天线质量分析、选型及安装
天线质量分析：馈电网络
馈电网络
同轴电缆馈电网络
PCB微带线馈电网络
空气微带线馈电网络
图例
特点分析
➢焊点多，焊接质量控制是关键；
加盖板整体屏蔽，此时则衍变为PCB 稳定性，受反射板变形影响大，导致幅
➢布线工艺较复杂。
带状线馈电网络；
度和相位分配精度低，尺寸稳定性差，
➢PCB与反射板需绝缘处理；
批量一致性差；
➢优质板材成本较高。
➢设计自由度较大，辐射泄漏大，可增
加盖板整体屏蔽，此时则衍变为空气带
状线馈电网络。
三阶、五阶都不落入到Rx频段
联通LTE1.8G
1830-1859 1735-1764
1801~1888
1772~1917
三阶、五阶都不落入到Rx频段
联通WCDMA 2130~2145 1940~1955
2115~2160
2100~2175
三阶、五阶都不落入到Rx频段
12
一、天线原理及指标对网络质量的影响
➢加工精度高，幅度和相位分配精度 ➢加工精度高，幅度和相位分配精度高， ➢多个零件拼装组成，网络与反射板之
高，尺寸稳定性好，批量一致性好； 尺寸稳定性好，批量一致性好；
间的距离精度要求高，且主要通过塑料
➢设计自由度一般，辐射泄漏极低； ➢设计自由度大，辐射泄漏较大，可增 件和孔位精度配合保持尺寸精度和结构
如何预防天线质量问题&提升网络效率创 新解决方案的探讨