天线基本原理(西电)
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。
天线技术课件(西电第二版)第9章
F( )
cos1
1
2
1
2
0.707
第 9 章 常用面式天线
1
d1
2
sin0.5H
1.86
相应的主瓣半功率张角为
20.5H
2 sin0.5H
1.18 弧度
d1
68
d1
20.5E
E平面第一副瓣电平为
51
d2
20lg 0.214 13.2dB
H平面第一副瓣电平为 20 lg0.071=-23 dB
2r
dy(1 cos )e jr
(9-1-6)
当φ为任意值时，可将电振子和磁振子分成两个分量，一个 与E平面平行，另一个与E平面相垂直。
第 9 章 常用面式天线 可以证明，对于如图9-3所示坐标系中的任意θ和任意φ方向，
电场强度同时具有θ和φ两个分量，如下列形式：
dE
j EOy dx
2r
dy
sin (1 cos )e jr
对于基本电振子，此平面为垂直于基本电振子轴的平面， 射线与振子轴所成之角度为90°，此平面为电流元的最大辐射 平面， 因此它在该平面上M点所产生的场强为
第 9 章 常用面式天线
dE1
j 60Idy e jr r
j 120HOx 2r
dx dy
e jr
j EOy dx
2r
dy e jr
(9-1-1)
当口面尺寸为有限，而M点离口面非常远时，可以认为口 面上各点到远区一点M的射线r１均与从原点O处发出的射线r相 平行， 因此积分式(8–1-13)内振幅项中的r1可写为r, 即认为
r1 r
但在计算相位因子e-jβr1时，必须考虑因r1与r的行程差而引 起的相位差所产生的影响。
西电微波技术与天线总结
第一章1.均匀传输线（规则导波系统）：截面尺寸、形状、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统。
2.均匀传输线方程， 也称电报方程。
3.无色散波：对均匀无耗传输线, 由于β与ω成线性关系, 所以导行波的相速v p 与频率无关, 称为无色散波。
色散特性：当传输线有损耗时, β不再与ω成线性关系, 使相速v p 与频率ω有关,这就称为色散特性。
11010010110co s()sin ()tan ()()tan ()co s()sin ()in U z jI Z z Z jZ z Z z Z U Z jZ z I z jz Z ββββββ++==++02p rv fλπλβε===任意相距λ/2处的阻抗相同, 称为λ/2重复性z1 终端负载221021101()j z j zj zj zZ Z A ez eeZ Z A eββββ----Γ===Γ+ 1101110j Z Z eZ Zφ-Γ==Γ+ 终端反射系数 均匀无耗传输线上, 任意点反射系数Γ(z)大小均相等,沿线只有相位按周期变化, 其周期为λ/2, 即反射系数也具有λ/2重复性4.00()()()in in Z z Z z Z z Z -Γ=+ 0()1()()()1()in U z Z Z Z Z I z Z +Γ==-Γ111ρρ-Γ=+ 1111/1/1Γ-Γ+=-+=+-+-U U U U ρ电压驻波比 其倒数称为行波系数, 用K 表示5.行波状态就是无反射的传输状态, 此时反射系数Γl =0, 负载阻抗等于传输线的特性阻抗, 即Z l =Z 0, 称此时的负载为匹配负载。
综上所述, 对无耗传输线的行波状态有以下结论: ① 沿线电压和电流振幅不变, 驻波比ρ=1;② 电压和电流在任意点上都同相; ③ 传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗6终端负载短路：负载阻抗Z l =0, Γl =-1, ρ→∞, 传输线上任意点z 处的反射系数为Γ(z)=-e -j2βz此时传输线上任意一点z 处的输入阻抗为0()tan in Z Z jZ zβ=① 沿线各点电压和电流振幅按余弦变化, 电压和电流相位差 90°, 功率为无功功率, 即无能量传输; ② 在z=n λ/2(n=0, 1, 2, …)处电压为零, 电流的振幅值最大且等于2|A 1|/Z 0, 称这些位置为电压波节点；在z=(2n+1)λ/4 (n=0, 1, 2, …)处电压的振幅值最大且等于2|A 1|, 而电流为零, 称这些位置为电压波腹点。
天线基本原理及常用天线介绍ppt课件
3、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。
.
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成本
3G（1710～2170MHz）频段的超宽频天线
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成本
峰值 - 3dB点
Peak - 3dB
10dB 波束宽度 - 10dB点
120° (eg)
峰值
- 10dB点
Peak - 10dB
15° (eg)
Peak
32° (eg)
Peak
Peak - 3dB
俯仰面即. 垂直面方向图
Peak - 10dB
方向图旁瓣显示
上旁瓣抑制 下旁瓣抑制
.
8、方向图在移动组网中的应用
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。
.
天线的主要技术指标
天线匹配指标
驻波比 隔离度
天线辐射特性指标
与国际接轨的 天性辐射特性
增益
主瓣波束宽度
第一副瓣抑制
前后比
交叉极化比
轴向 ±30
波束效率
3dB 10dB
杂散因子
3dB 10dB
.
≤1.4
西电天线原理第一次大作业
我对天线的认识姓名：学号： 0211完成日期：2014年03月天线的形式很多，新品层出不穷，千变万化。
为了便于研究，可以根据情况进行分类。
按用途分类，可分为发射天线、接收天线和收发共用天线。
按使用范围分类，有电视天线、广播天线、通信天线、雷达天线、手机天线和基站天线等。
按天线特性分类，在方向性和增益方面，有强方向性天线或高增益天线，弱方向性天线或低增益天线，定向天线，全向天线，笔形波束天线，扇形波束天线，余割平方波束天线，赋形波束天线等等。
在极化特性方面，分为线极化天线，其中包括垂直极化，水平极化，斜极化等，以及圆极化天线，其中包括左旋圆极化和右旋圆极化天线，还有椭圆极化天线等。
在频率特性方面，有窄频带天线，宽频带天线，超宽频带天线，双频带天线和三频带天线等。
按馈电方式分类，有对称天线，不对称天线。
按使用波段分类，有长波天线，超长波天线，中波天线，超短波天线，微波天线和毫米波天线等。
按天线外形分类，有杆状天线，平板天线，菱形天线，螺旋天线，喇叭天线，反射面天线等。
最近多年来，还开发出许多新型天线，如单脉冲天线，相控阵天线，微带天线，自适应天线和智能天线等。
二、天线的方向图天线辐射或接收无线电波的能力，在空间不同方向上，是不一样的，即不均匀的，因而形成天线的方向性。
为了表示天线的方向特性，规定出几种方向性电参数。
我们通常采用天线的辐射方向图，简称为方向图，来进行定量分析和考核。
天线方向图是辐射参量随空间方向变化的图形表示。
辐射参量可以是辐射的功率密度，场强，相位，也可以是极化。
一般情况下，辐射方向图指远区方向图，是空间不同方向的二维函数。
通常，我们所应用的是天线辐射能量功率通量密度的方向图。
在不作专门说明的情况下，辐射方向图常常指功率方向图，或场强方向图。
三、天线的极化天线极化是描述天线辐射电磁场矢量空间指向的参数。
由天电场与磁场有恒定的关系，一般都以电场矢量的空间指向作为天线辐射电磁波的极化方向。
天线技术 课件(西电第二版)第7章
rn
r e ( n2 )
0
（7-3-1）
第 7章 宽 频 带 天 线
则第ｎ＋１个齿内缘的矢径为
rn1
r e [ (n1)2 ]
0
第n+1 个齿和第n个齿内缘的矢径之比为
rn1
rn
[ (n1)2 ]
r e0 ( n2 )
r e0
e2
(τ为小于１的常数） （7-3-2）
r r0
（7-2-4）
式中，r0是对应于φ=0°的矢径。天线的两个螺旋臂分别是r1＝ r0 φ和r2＝ r0(φ-π)。为了明显地将两臂分开，在图7-3（ｂ）中 分别用虚线和实线表示这两个臂。
第 7章 宽 频 带 天 线
由图可知，由于两臂交错盘旋，且两臂上的电流是反相的，表
面看似乎其辐射是彼此相消的，但事实并非如此。研究图中Ｐ 和Ｐ′点处的两线段，设OP和OQ相等，即P和Q为两臂上的对应 点，对应线段上电流的相位差为π，由Q点沿螺旋臂到Ｐ′点的弧 长近似等于π·r，这里ｒ为OQ的长度。故P点和Ｐ′点电流的相 位差为π+β·πr=π+2π/λ·πr, 若设r=λ/2π,则P点和Ｐ′点的电流相位
第 7章 宽 频 带 天 线
7.3 对数周期天线
7.３.１ 对数周期天线的结构特点与工作原理
１． 齿状对数周期天线
1） 结构特点
齿状对数周期天线的基本结构是将金属板刻成齿状，如图7-4 所示，齿的分布是按等角螺旋线设计的，齿是不连续的，其长度 是由从原点发出的两根直线之间的夹角决定的。若从螺旋线中心
第 7章 宽 频 带 天 线
实际上，天线不可能无限长，而齿的主要作用是阻碍径向 电流。实验证明: 齿片上的横向电流远大于径向电流，如果齿 长恰好等于谐振长度(即齿的一臂约等于λ／4)，则该齿具有最 大的横向电流，且附近的几个齿上也具有一定幅度的横向电流。 而那些齿长远大于谐振长度的各齿，其电流会迅速衰减到谐振 长度上电流最大值的30dB以下，这说明天线的终端效应很弱， 因此有限长天线近似具有无限长天线的特性。
天线技术 课件(西电第二版)第4章
2! x
4!
6!
x
du x
1 5
0
3!
5!
第 3 章 对称天线、折合天线和单极天线
3． 对称天线的输入阻抗
1） 特性阻抗 由传输线理论知，平行均匀双导线传输线的特性阻抗沿线 是不变化的， 它的值为
Z 0 120 ln D a
式中: D为两导线间距；a为导线半径。而对称振子两臂上对应 线段之间的距离是变化的，如图 3-7所示，因而其特性阻抗沿线
[cos( l cos ) cos( l )] sin
2
d
(3- 1-15)
0
积分过程很复杂，结果如下： RΣ=30［2(C+ln(2βl)-Ci(2)βl)+sin2βl(Si(4)βl-2Si(2)βl) +cos2βl(C+ln(βl)+Ci(4)βl-2Ci(2)βl)］
F ( , ) cos( l cos ) cos( l ) sin
第 3 章 对称天线、折合天线和单极天线 方向性函数F（θ，φ）不含φ，这表明对称振子的辐射场与φ 无关，也就是说对称振子在与它垂直的平面（H面时，方向图是一个圆，且与天线
另 外 ， 由 图 3-4 可 以 看 出 ， 对 远 区 场 而 言 ， 可 以 认 为
θ1=θ2=θ0，并假设它等于θ，则有
r1=r0-z cosθ 上臂(z>0)
r2=r0+z cosθ 下臂(z<0) 所以式(3- 1-5）可写成
E j 60 I m r0 e
j r0
(3- 1-6)
式中: C=0.5772为欧拉常数； Ci(x)和Si(x)分别为余弦积分和正弦
天线技术 考点(西电许雪梅第二版)
天线：辐射和接收无线电波的装置无线传播的类型：视距传播，空间波传播，地面波传播电基本振子：一段载有高频电流的短导线，长度远小于波长近区场：感应场，不能传播能量；远区场：辐射场，传播能量方向性函数：F（θ，σ）=F（θ）=SINθ主瓣宽度：场强降至最大场强值的1∕√2=0.707时的两个方向间的夹角方向性系数：表明天线在空间集中辐射能力天线效率：天线辐射功率PΣ与输入到天线的总功率Pi之比，记为ηA增益：又称增益系数，在输入功率相等（Pi=Pi0）的条件下，天线在最大辐射方向上某点的功率密度和理想的无方向性天线在同一点处的功率密度（或场强振幅的平方值）之比增益系数：是综合衡量天线能量转换和方向特性的参数，是方向系数与天线效率的积提高天线增益：提高辐射电阻、降低损耗电阻输入阻抗：加在天线输入端的高频电压与输入端电流之比（要使天线效率高，就必须使天线与馈线良好匹配，即天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗）极化特性：天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变化的规律极化的类别：线极化（垂直、水平），圆极化（左旋圆、右旋圆），椭圆极化对称天线：又称对称振子天线，结构是两个臂（在空间任意一点的辐射场强是电流元场强的叠加）折合天线两个特点：输入阻抗高；工作频带宽单极天线：只有一个臂提高单极天线效率的方法：提高辐射电阻（在顶端加容性负载、在底部加感性负载）；降低损耗电阻（在天线底部加辐射状地网）天线阵：将若干个相同的天线按一定规律排列组成的天线阵列系统天线阵的作用：增强天线的方向性，提高天线的增益系数两种特殊情况的均匀直线阵：边射式天线阵；端射式天线阵引线天线的组成结构：反射器>有源振子>引向器电视发射天线的特点：频率范围宽；覆盖面积大基站高增益全向天线位于小区中心；基站高增益定向天线位于小区顶点宽频带天线的条件：角度条件（天线形状只取决于角度，与尺寸无关）；终端效应弱；宽频带天线的分类：螺旋天线；对数周期天线（特点：天线的性能随工作频率作周期性变化；最大辐射方向：沿连接各振子中心的轴线指向短振子方向，是端射型）缝隙天线：在波导壁上开有缝隙，用来辐射或接收电磁波的天线微带天线的结构：辐射元（尺寸可与波长相比拟）；接地板；介质基片（厚度远小于波长）；用于100M——50G微带天线的馈电方式：用微带传输线馈电、用同轴线馈电面式天线：主体是其尺寸远大于工作波长的金属面状结构（具有强方向性）面试天线的分类：喇叭天线（最简单）；抛物面天线微波天线的结构：初级辐射器；辐射口面平面口面电尺寸越大，方向性越强，口面利用因数越大测试场地：高架天线测试场；斜天线测试场。
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2.天线辐射参数－方向图
辐射参数 主瓣 副瓣 半功率波束宽度 交叉极化鉴别率 增益 前后比
2.天线辐射参数－旁瓣抑制、零点填充、波束下倾角
上旁瓣 (dB)
下旁瓣 (dB)
2.天线辐射参数－波束宽度
方位即水平面方向图
2.天线辐射参数－下倾角
为使波束指向朝向地面, 需要天线下倾
2.天线辐射参数－前后比
定向辐射（接收）－具有 一定的方向性。
终端张角传输线
对称振子
1.天线基本概念－半波振子
根据C（光速）=f（频率）×λ（波长） 得出波长与频率成反比
频率越低，波长越长，天线尺寸越大 频率越高，波长越短，天线尺寸越小
波长
1/4 波长
1/2 波长
1/4 波长
1/2 波长
半波振子
1.天线基本概念－半波振子
DK系列天线长度 （mm）
675 1310 675 1310 675 1310
17.5
14 16.5 12 14.5
以京信DB和DK系列天线为例
2.天线辐射参数－极化
垂直方 式
水平方式
天线所辐射的电磁波中电 场矢量在空间运动的轨迹 称为极化； 基站天线属于线极化，极 化方向与振子轴线平行。
+ 45度
频率提高一倍。同样电气性能的天线长度就减小一半。
1.天线基本概念－增益、方向图和天线尺寸之关系
波束宽度(°) 水平面 65±6 垂直面 14 7 14 90±8 7 14 120±10 7
增 益 dBi
806～960 MHz
1710～2170 ຫໍສະໝຸດ HzDB系列天线长度 （mm）
15 1315 2615 1315 2615 1315 2615
方向图象一个“汽车轮胎”
顶视图 水平面
俯视图 垂直面
立体图
水平面波束宽度 = 360º
垂直面波束宽度= 78º
1.天线基本概念--dBd 和 dBi的区别
1.天线基本概念－带宽、工作频率 当波长不是最优值（谐振）时，性能下降； 在频率范围内可保持可接受的性能水平。
850MHz偶极子的 1/2波长最优值
3.天线电路参数-隔离度
隔离度是某一极化接收到的另一极化信号的比例。
该例子中，隔离度为： 10log(1000mW/1mW) = 30dB
1000mW (即 1W)
1mW
3.天线电路参数-无源交调
无源交调（PIM）：当两个频率f1和f2输入到天线，由于非线性 效应，天线辐射的信号除频率 f1 和 f2 外，还包括有其他频 率，如 2f1-f2 和 2f2-f1 (3阶) 等。
- 45度
2.天线辐射参数－双极化天线
▪ ▪ 即一个天线单元中有两个排列正交的振子
双极化天线阵子
两个振子所辐射的电磁波是相互独立的
▪
极化分集可以有效避免多径传输效应对天线接收的影响
V/H (垂直/水平)
斜角 (+/- 45°)
2.天线辐射参数－极化
2.天线辐射参数－交叉极化比
交叉极化是指与主极化正交的极化 分量，一般出现在双极化天线中
前后比是指扇形天线(定向天线)的前向辐射功率和后向辐射功率之比
后向功率
前向功率
前后比(dB)
= 10 log
前向功率 后向功率
，典型值约为25dB
目的是尽可能减少后向辐射功率
3.天线电路参数--驻波比，隔离度，无源交调
驻波比为传输线上的电压最大值与 电压最小值之比。 当天线端口没有反射时，就是理想 匹配，驻波比为1； 当天线端口全反射时，驻波比为无
穷大。
电缆 50 ohms
天线 50ohms
80ohms
3.天线电路参数－驻波比
减小的天线辐射功率 VSWR 3 2 1.8 1.5 1.4 回波损耗 (dB) 6 9.5 11 14 15.5 反射功率 (dB) 1.25 0.5 0.36 0.17 0.12 50m馈 线新增 损耗 (dB) 0.9 0.36 0.31 0.19 0.09 与理想匹配相比 增大的总损耗 (dB) 2.15 0.86 0.67 0.36 0.21 VSWR 1.5引起的功率损失0.36dB相当于7 /8″电缆的长度: GSM900MHz: 9.4米 GSM1800MHz: 6.4米； 2对7/16连接器的自然插入损耗： GSM900MHz: 0.20dB GSM1800MHz: 0.32dB；
1.3
1.2
17.5
21
0.07
0.03
0.06
0.04
0.13
0.07
VSWR 1.3与1.5,功率损失分别0.36dB和0.13dB,仅相当2对和1对7/16连接器引入的损耗， 这在移动通信的衰落传播中,影响可以忽略不计。一味追求1.3以下的驻波比是没有意义的! 100米7 /8″馈线损耗约4.6dB. 信号穿墙损耗一般达到10dB以上。
天线
接地装置
室外馈线
走线架
馈线卡 馈线过线 窗
防雷保护器 基站主设 备
目录
1 2 3
天线基本概念 天线辐射参数 天线电路参数
1.天线基本概念－辐射原理
天线的定义：
能够有效地向空间某特定 方向辐射电磁波或能够有效地 接收空间某特定方向来的电磁 波的装置。 天线的功能：
天线的辐射原理：
传输线
能量转换－导行波和自由 空间波的转换；
天线互调是指当两个或多
个发射频率信号经过天线时，
由于天线的非线性而引起的 与原信号频率及倍频有和差 关系、并落在接收频带内的
射频信号。这些信号电平足
够大时，就会造成系统性能 下降。
实际天线图片
多频共用天线
多频共用电调天线
天线内部结构
天线正面
天线背面
THANK
YOU!
天 线 基 本 原 理
概述
天线调节支架 抱杆 接头密封件 绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带
基站天线在整个网络建设中占经费比 例不到 3% ，但它对网络性能的影响却超过 60%。 在实际网优工作中，通过天线的选择 与调整是简单但收效最大的方法。强化天 线的性能和品质起着四两拨千斤的作用。
主馈线（7/8“） 室内超柔馈线
820MHz
890MHz 馈电电缆
此天线工作频率：820MHz—890MHz，带宽=70MHz
1.天线基本概念－增益、方向图和天线尺寸之关系
将“轮胎”压扁，信号就越集中，增益就越高，天线尺寸就越 大；
1.天线基本概念－增益、方向图和天线尺寸之关系
天线增益的几个要点：
天线是无源器件，没有功率放大功能。 天线增益只是将能量有效集中，向某特定方向辐射/接收电磁波。 天线的增益由振子叠加而产生。增益越高，天线长度越长。 天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。