天线基本原理及一般选型原则
天线基本原理及一般选型原则
二.天线辐射电磁波的基本原理
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.
1000mW (即1W)
天线基本原理及一般选型原则
1mW
六. 天线辐射的方向性
天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁 波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线 对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线 的方向性的特性曲线通常用方向图来表示.
方向图可用来说明天线在空间各个方向上所 具有的发射或接收电磁波的能力。
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，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，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；
在这儿增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd
天线基本原理及一般选型原则
更加集中的信号
2.形成定向辐射的原理
反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线
天线 (顶视)
“全向阵” 例如在接收机中为4mW功率
“扇形覆盖天线 ” 将在接收机中有8mW功率
在我们的“扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。 这里, “扇形覆盖天线” 与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW) = 9dBd
天线基本原理及一般选型原则,特种天线93页PPT
天线基本原理及一般选型原则,特种天
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26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
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29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
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30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
线
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
完整版天线基本原理
完整版天线基本原理天线是一种将电磁场能量转换成电信号或者将电信号转换成电磁场能量的无线通信线路组件。
它是无线通信系统的重要组成部分，通过接收和发射电磁波，将信息传递至接收器或者环境中。
1.天线的基本原理天线的基本原理是根据远离电流源的点的法向辐射电场的方向来确定。
当电流通过导线时，会在其周围产生电磁场。
这个电磁场包含自电场和磁场两部分。
2.天线的结构天线的常见结构包括金属导线、金属片和金属网格等。
导线型天线广泛应用于各种通信系统中，如普通天线、微带天线、螺旋天线等。
导线型天线通常由金属材料制造，包括铜、铝和银等。
导线的长度和形状会影响天线的工作频率和辐射模式。
3.天线的工作原理天线的工作原理可以简单描述为接收和发射电磁场能量。
当电磁波到达天线时，它们会在导线上引起电磁感应现象，导致电子在导线中运动，进而形成感应电流和电磁场。
接收天线将电磁波转化为电信号，通过连接到接收器或接收电路的导线将信号传递给接收器，然后接收器将其转化为有用的信息。
发射天线接收到电信号后，将其转化为电磁波，并通过导线发射出去。
4.天线的工作频率和辐射模式天线的工作频率是天线接收和发射电磁信号的频率范围。
不同类型的天线对应不同的工作频率范围。
天线的长度和形状会影响天线的共振频率。
天线的辐射模式是指天线在不同方向上的辐射能力，它受到天线的结构和工作频率的影响。
辐射模式通常用辐射图来表示，辐射图描述了天线在各个方向上的辐射能力。
5.天线的增益和效率天线的增益是指天线在一些方向上辐射能量的能力，与参考天线（理想天线）相比较。
增益越大，则天线在特定方向上的辐射能力越好。
天线的效率是指天线将输入能量转换为输出能量的比率。
天线的效率受到天线材料、结构和工作频率的影响。
提高天线效率的方法包括减少导线损耗、减少表面反射损耗等。
6.天线的常见类型常见的天线类型包括偶极子天线、螺旋天线、微带天线、天线阵列等。
偶极子天线是最常见和最简单的天线，它由两个导线构成，用于发射和接收电磁波。
天线原理及选型
在隧道口内侧对2km以下的公路隧道进行覆盖。
大于两公里 建议采用泄漏电缆、同轴电缆、光纤分布式系统等 解决。
天线的选型原则-室内
全向天线
垂直极化，2dBi增益，形状可为帽状、茶杯状等，尺寸
小，便于安装和美观
定向天线 垂直极化，90度水平半功率角，7dBi增益的定向天线
同轴式分布式天线系统
3 3 3 双向放大器 3 Tx/Rx 3 双向放大器 3 0.5 等功率分配 3 Tx/Rx 不等功率分配 图 3.1：同轴式分布式天线系统 10 3 双向放大器 0.5 10 3 1.3 3 6 3
波束距离可控
动态多波束天线系统
系统结构
动态多波束天线系统-应用一
负载平衡
动态多波束天线系统-应用二
蜂窝优化-有效的调整覆盖
动态多波束天线系统-应用三
专用波束分配
智能天线
与多波束天线的区别
每个用户对 天线名称 应的下行波 束个数 动态多波 束天线 智能天线 多个 一般一个
是否 是否有波 自动 束定位合 调整 并算法 波束 否 是 否 是
定向天线
建议选用单极化定向天线，90或105度水平波瓣宽
度，6.5度垂直波瓣宽度， 17dBi增益（或更高），0度电下倾
+机械可调下倾。当天线较高时，建议采用有零点填充的天线。
天线的选型原则-公路
全向天线 1、建议采用高增益“8”字型天线 2、对于高速公路一侧有小村镇，用户不多时，可以采用
210 -220°变形全向天线（心形天线）
_华为-天线原理及选型
HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Internal HUAWEI Confidentiall学习完此课程，您将会：[掌握天线的作用、基本原理、常见分类、主要技术指标，从而指导如何进行典型场景下的天线选型。
1.1天线的作用1.2天线工作原理1.3天线工作带宽1.4天线极化1.1天线作用l把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间l收集无线电波并产生电信号天线的位置和作用基站天馈系统示意图1.2天线工作原理1.3天线工作带宽1.4天线极化1.2天线工作原理l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；l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。
1.2天线工作原理l 两臂长度相等的振子叫做对称振子l 每臂长度为四分之一波长，称为半波振子l 全长与波长相等的振子，称为全波对称振子l 将振子折合起来的，称为折合振子1.2天线工作原理1.2天线工作原理1.3天线工作带宽1.4天线极化1.3天线工作带宽l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。
l天线工作带宽有几种不同的定义：[一种是指天线增益下降3dB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;l在移动通信系统中天线工作带宽是按后一种定义的。
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。
1.2天线工作原理1.3天线工作带宽1.4天线极化1.4天线极化l天线的极化方向：天线辐射的电磁场的电场方向垂直极化水平极化+ 45度倾斜的极化- 45度倾斜的极化双极化天线l两个天线为一个整体l传输两个独立的波V/H (垂直/水平)倾斜 (+/- 45°)极化损失l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：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3dB的极化损失，即只能接收到来波的一半能量；l当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，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。
天线原理、性能参数以及分类
天线原理、性能参数以及分类天线的原理要分两部分来说，⼀是发射天线，⼀是接收天线。
发射天线简单说，就是通过⼀根叫做“天线”的电极将天线与地之间形成的⾼频电场变成电磁波，从⽽能发射出去并传波到远⽅。
接收天线简单说，就是通过⼀根叫做“天线”的电极将空中传来的电磁波感应为电场，⽣成⾼频信号电压，送到接收机进⾏信号处理。
天线的性能参数1、⼯作频段（Frequency Range）⼯作频段：⽆论天线还是其他通信产品，总是在⼀定的频率范围（频带宽度）内⼯作，其取决于指标的要求。
通常情况下，满⾜指标要求的频率范围即可为天线的⼯作频率。
⼯作频段的宽度称为⼯作带宽，⼀般全向天线的⼯作带宽能达到中⼼频率的3-5%，定向天线的⼯作带宽能达到中⼼频率的5-10%。
2、输⼊阻抗（Input Impedance）输⼊阻抗：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。
⼀般移动通信天线的输⼊阻抗为50Ω。
输⼊阻抗与天线的结构、尺⼨以及⼯作波长有关，在要求的⼯作频率范围内，使输⼊阻抗的虚部很⼩且实部相当接近50Ω，这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须。
3、电压驻波⽐（VSWR）电压驻波⽐：天线的电压驻波⽐是把天线作为⽆耗传输线的负载时，在沿传输线产⽣的电压驻波图形上，其最⼤值与最⼩值之⽐。
驻波⽐的产⽣，是由于⼊射波能量传输到天线输⼊端并未被全部吸收（辐射）产⽣的反射波迭加⽽形成的。
VSWR越⼤，反射越⼤，匹配越差。
在移动通信系统中，⼀般要求驻波⽐⼩于1.5。
4、隔离度（Isolation）隔离度代表馈送到双极化天线⼀个端⼝(⼀种极化)的信号在另外⼀个端⼝(另⼀种极化)中出现信号的⽐例。
5、三阶互调（Third Order Inter modulation）三阶互调信号：是指两个信号在⼀个线性系统中，由于⾮线性因素存在使⼀个信号的⼆次谐波与另⼀个信号的基波产⽣差拍（混频）后的寄⽣信号。
互调现象就是由频带外的两个或多个载波频率混频后落在频带内的新的频率分量，造成系统性能下降的现象6、功率容量（Power Capacity）功率容量：天线的功率容量是指按规定的条件在规定的时间周期内可连续地加到天线上⽽⼜不致降低其性能的最⼤连续射频功率。
天线设计知识点
天线设计知识点天线是现代通信系统中至关重要的组成部分，在无线通信、卫星通信、雷达、电视广播等领域都发挥着重要作用。
本文将介绍一些天线设计的知识点，包括天线的基本原理、设计要素、常见类型以及未来的发展方向。
一、天线的基本原理天线是将电磁波从传输线转换为自由空间辐射或从自由空间接收的装置。
它根据麦克斯韦方程组的基本原理工作，其中包括电场分布、磁场分布、辐射功率等。
根据天线的不同工作频率和应用，可以选择不同的天线类型。
二、天线设计的要素1. 频率范围：天线设计需要根据工作频率范围选择合适的天线类型。
常见的频率范围包括超高频（UHF）、高频（HF）、甚高频（VHF）等。
2. 增益：天线的增益是指天线辐射能量的强度，通常用分贝（dB）表示。
增益越高，天线的信号传输和接收效果越好。
3. 方向性：天线的方向性决定了其辐射和接收信号的方向，分为全向性和定向性。
全向性天线能够在各个方向上辐射和接收信号，而定向性天线只能在特定方向上有效。
4. 阻抗匹配：天线的输入阻抗需要与传输线或接收设备的阻抗匹配，以最大限度地传输或接收信号。
三、常见天线类型1. 线性天线：包括半波振子天线、全波振子天线等，常用于无线通信和电视广播。
2. 偶极子天线：适用于频率范围较高的应用，如超高频和高频通信。
3. 短偶极子天线：在尺寸有限的情况下实现宽带响应，常用于无线局域网（WLAN）和蓝牙通信等。
4. 槽天线：利用金属槽的辐射特性，适用于宽频带和高增益的应用，如雷达和卫星通信。
5. 贴片天线：体积小、重量轻，适用于小型电子设备中的无线通信。
6. 阵列天线：由多个单个天线组成，通过相位控制实现指向性辐射。
世、天线设计的未来发展方向1. 小型化：随着电子设备越来越小型化，天线也需要适应更小尺寸的应用场景。
2. 宽频带：天线对不同频段的适应能力将成为未来的发展趋势。
3. 多功能集成：天线将不仅仅用于无线通信，还将融合其他功能，如传感、定位等。
4. 自适应天线：根据环境和工作条件的变化，天线可以自动调整辐射特性，提高通信质量。
天线工作原理、分类、频宽、方向基本知识
天线工作原理、分类、频宽、方向基本知识（1）天线工作原理及作用是什么答：天线作为无线通信不可缺少的一部分，其基本功能是辐射和接收无线电波。
发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时，把电滋波转换为高频电流。
（2）天线有多少种类？答：天线品种繁多，主要有下列几种分类方式：按用途可分为基地台天线（base station antenna）和移动台天线（mobile portable antennas）按工作频段可划分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微波；按其方向可划分为全向和定向天线；（3）如何选择天线？答：天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响通信系统的指标，用户在选择天线时必须首先注重其性能。
具体说有两个方面，第一选择天线类型；第二选择天线的电气性能。
选择天线类型的意义是：所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求；选择天线电气性能的要求是：选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。
因此，用户在选择天线时最好向厂家联系咨询。
（4）什么是天线的增益？答：增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。
增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，简单地说，在同等条件下，增益越高，电波传播的距离越远，一般基地台天线采用高增益天线，移动台天线采用低增益天线。
（5）什么是电压驻波比？答：天线输入阻抗和馈线的特性阻抗不一致时，产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成的磁波，其相邻电压的最大值和最小值之比是电压驻波比，它是检验馈线传输效率的依据，电压驻波比小于1.5，在工作频点的电压驻波比小于1.2，电压驻波比过大，将缩短通信距离，而且反射功率将返回发射机功放部分，容易烧坏功放管，影响通信系统正常工作。
电压驻波比 1.0 1.1 1.2 1.5 2.0 3.0 反射功率% 0 0.2 0.8 4.0 11.1 25.0 传输功率% 100 99.8 99.2 96 88.9 75.0（6）什么是天线的方向性？答：天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。
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波长
14
２. 无线电波的极化
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。无线电波的电场方向称为电 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。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极 化波。
15
五.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 + 45度倾斜的极化
水平极化
- 45度倾斜的极化
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3.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，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，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；
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。
4
天线可视为一个四端网络
5
同轴线变化为天线
6
对称振子
两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长。 全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。将振子折合起来的， 称为折合振子。
波长
1/2波长 一个1/2波长的对称振子 在
800MHz 约 200mm长 400MHz 约 400mm 长
1/4波长 1/2波长
1/4波长 振子
7
三.天线的工作频率范围(带宽)
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。 有几种不同的定义： 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。
17
1. 双极化天线
两个天线为一个整体 传输两个独立的波
V/H (垂直/水平)
倾斜 (+/- 45°)
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2.极化损失
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：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，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。
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3.(极化)隔离
隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极 化中出现的比例
1000mW (即1W)
在这种情况下的隔离为 10log(1000mW/1mW) = 30dB
移动基站天线有关概念 及选型原则
1
一.无线通信组网中天线的作用
什么是天线?
• 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 blah
2
天线的作用
将传输线中的高频电磁能 转成为 自由空间的电磁波，或反之将自由空 间中的电磁波转化为传输线中的高频 电磁能。因此，要了解天线的特性就 必然需要了解自由空间中的电磁波及 高频传输线的一些相关的知识。
数与真空的相对介电常数很接近，略大于１。
因此，无线电波在空气中 的传播速度略小于光速，通 常我们就认为它等于光速。
12
电磁波的传播
振 子
电场
磁场
电场 电波传输方向
磁场
电场
13
无线电波的波长、频率和传播速度的关系
可用式 λ＝Ｖ/ｆ 表示。 式中，Ｖ为速度，单位为米/秒；ｆ 为频率，单位为赫兹；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，Ｖε≈Ｃ/1.44 ，λε≈λ/1.44 。
1mW
20
六. 天线辐射的方向性
天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁 波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线 对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线 的方向性的特性曲线通常用方向图来表示. 方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具 有的发射或接收电磁波的能力。
21
1.方向图
8
半波振子上的场分布
9
当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降 在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。
在 850MHz 1/2 波长振子最 佳
在在 820 890 MHz MHz
天线振子
在 820 MHz 1/2 波长 为~ 180mm, 在890 MHz 为~ 170mm 175mm对~ 850MHz 将是最佳的
3
二.天线辐射电磁波的基本原理
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.
该天线的频带宽度 = 890 - 820 = 70MHz
10
四. 自由空间中的电磁波
１. 无线电波
什么叫无线电波？无线电波是一种能量传输形式，在 传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这 两者又都垂直象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。
无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。无 线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用Ｃ＝３００ ０００公里／秒表示。在媒质中的传播速度为：Ｖε`＝Ｃ /√ε，式中ε为传播媒质的相对介电常数。空气的相对介电常