天线理论与设计基本概念
天线原理介绍
可能产生的五阶交调 频段（MHz） 850~900
897~992
920~945 942~972 1765~1865 1820~1870 2100~2175 2080~2155
结论
三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围
三阶不落入到Rx的接收 范围，五阶落入到Rx的
接收范围
三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围
垂直面波束宽度7度
垂直面波束宽度 14度 7度
上3dB覆盖点 667.84米 307.19米
主瓣顶点 198.49米 198.49米
下 3dB覆盖点 114.48米 145.79米
主瓣覆盖距离 553.36米 161.4米
天线原理—天线基本概念
天线辐射参数
辐射参数: 主瓣； 副瓣； 半功率波束宽度； 前后比； 交叉极化鉴别率； 增益； 上旁瓣抑制； 下零点填充； 波束下倾角；
将天线放倒，测得RSSI值为-110dBm
小结：最终判定为外界干扰信号所致。
天线指标测试
天线辐射参数的测试
天线指标测试
电路参数的测试
交调测试仪
网络分析仪
天线指标测试
可靠性能的测试
振动试验
风洞试验
天线指标测试
高低温湿热试验
汽车模拟试验
淋水试验
Thanks!
上行频段 （MHz） 825~835
890~909
885-890 909~915 1710~1730 1745~1755 1940~1955 1920~1935
可能产生的三阶交调 频段（MHz） 860~890
916~973
925~940 948~966 1785~1845 1830~1860 2115~2160 2095~2140
天线理论与设计
3.轴向模螺旋天线上沿螺旋线行进的行波的相速度比在 自由空间时平面波的速度 （大或小），这种螺旋线 导行的波被称为 。 4.根据第六章宽带天线所学内容说出三种具有宽带特性的 天线型式： ， 和 。
10.天线辐射方向图,按不同辐射特性主要定义为 方向图,二者关系的数学表示是 。
概念原理复习
11.发射天线是垂直极化，接收天线为水平极化，则极化失配 因子等于 ；发射天线是圆极化，接收天线为水平极化， 则极化失配因子等于 。 12.均匀激励等间距线阵，当N较大时第一副瓣电平趋于 余弦渐削分布的旁瓣电平为 dB。 13.天线的远区场角分布与 无关,电场与磁场满随着振子长度的增加,方向性系数 方向图开裂,方向性系数急剧下降。 15．等幅同相二元阵间距大于
,但振子长度超过
方向图将出现多瓣。
概念原理复习
三、试叙述微带贴片天线的结构，辐射机理及其优缺点。 四、试叙述八木－宇田天线的结构及其工作原理。 五、试叙述对数周期振子阵的结构及辐射机理。
概念原理复习
相似原理（缩比原理）: 指天线的所有尺寸和工作频率（或波长）按相同的比例 变化，天线的性能将保持不变。（换言之，若天线的电 尺寸保持不变，天线的性能也将不变。）
方向性系数:最大辐射方向上的方向性值
概念原理复习
一、填空题
1.根据天线产生场的特性可以将离天线从近到远的空间 区域划分为 、 和 三个场区。一般天线方向图 是在 场区定义。
六、利用一在轨卫星上36 dB增益的天线，以点波束指向最远2000km外地 球上的用户，系统在频率3GHz时能发射的功率最大可达7W。如果用户的 2 dB增益天线指向卫星，为使其在最大距离处至少收到100dBm功率， 求卫星所需的发射功率，且系统发射功率是否满足所需功率要求？
天线理论与设计—第二章
n 0,1,2, 顺时针 n 0,1,2,逆时针
左旋圆极化波为逆时针，右旋圆极化波为顺时针
第二章
3，椭圆极化 A.
Ex Ey , 45
Ex Ey , 45
n
n
n 0,1,2
n 0,1,2
B.
1 2n 2 1 2n 2
第二章
波瓣
主瓣、副瓣、旁瓣和背瓣
第二章
第二章
波瓣宽度 半功率波瓣宽度：从方向图的原点过辐射强度是最大值一
半(对应场强是最大值的 1
2 )的点的
矢量所夹的角度。（3dB波瓣宽度） E面和 H面的半功率波瓣宽度分别用2HPE 和2HPH表示。 第一零陷波瓣宽度：从方向图的原点与主瓣的根部相切的 矢量所夹的角度。用20表示 副瓣电平（SLL）：副瓣峰值与主瓣最大值之比。 以分贝表示为
2 40 ° 2 70 °
3 00 °
(a ) 极 坐 标 表 示 的 H面 方 向 图
E
1 0 .9 0 .8 0 .7 0 .6 0 .5 0 .4 0 .3 0 .2 0 .1 0 0 －5 －10 －15 －20 －25 －30 －35 20 40 6 0 8 0 1 00 1 20 1 40 1 60 1 80 / ° (b ) 直 角 坐 标 H面 方 向 图
Pin 1 2 I in Rr 2 e 1 1 2 2 I in Rr I in Rl 2 2 e
r
Rr Rr Rl
对于电小天线
1 Rl Rr e 2
Rr Rin
对于一些口径天线
e 1
第二章
2.2.2 辐射方向图 定义：天线的辐射特性随空间坐标的变化图形。 通常辐射方向图在远区确定，辐射特 性包括场强、辐射强度、相位或极化。
天线理论与设计1
天线的使用
传输电磁能可以利用传输线和天线。对收发距离为R， 传输线的功率损耗是 ( e-,R其)2中α是传输线的衰减常 数。如果天线被用于视距组合中，其功率损耗正比于 1/R2。
一般而言，在低频和短距离时，用传输线是现实的。 但是，由于可用带宽的缘故，高频有吸引力。
当距离变长，频率升高时，使用传输线的成本和信号 损失变得很大，因此，人们更愿意使用天线。
旁瓣电平 -旁瓣方向图峰值与主瓣方向图值
的比。整个方向图的最大的旁瓣电平就是最 大(相对)旁瓣电平，往往缩写成SLL。用分贝 表示时，它由下式给出
F ( SLL) SLLdB 20log f (max)
半功率束宽HP -是主波束功率方向图等
于最大值一半的两点间的夹角：
HP HPleft H Pright
感应近场
0到0.62 (1-100a)
辐射近场
0.62到2 (1-100b)
远场
2到∞
(1-100c)
辐射场的推导步骤
求A。选择一个最适合于天线的几何形状的 坐标系统，采用图1-8的标记。一般地，采 用(1-58)且令幅度因子中R≈r，并以式(1-96) 平行射线近似来确定天线上的相位差。在 这些条件下得到
然后，使用一些可视的手段如信号旗、烟火 等。当然，这些光通信器件应用了电磁谱的 光部分。
只是在人类历史的很近代，通过使用无线电， 才将可见光区域以外的电磁谱用于通信。
天线的定义
IEEE官方对天线的定义是：“发射或接收系 统中，经设计用于辐射或接收电磁波的部分。
天线是一个装置，它为辐射和接收无线电波 提供了手段。它提供了从传输线上的导波到 “自由空间”波的转换。这样，信息可以在 异地间传输而不需任何中介结构。
（完整word版）天线基本原理
（完整word版）天线基本原理第⼀讲天线基本原理⼀、天线的基本概念1．天线的作⽤在任何⽆线电通信设备中，总存在⼀个向空间辐射电磁能量和从空间接收电磁能量的装置，这个装置就是天线。
天线的作⽤就是将调制到射频频率的数字信号或模拟信号发射到空间⽆线信道，或从空间⽆线信道接收调制在射频频率上的数字或模拟信号。
2．天线问题的实质从电磁场理论出发，天线问题实质上就是研究天线所产⽣的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的电特性。
空间任何⼀点的电磁场满⾜电磁场⽅程——麦克斯韦⽅程及其边界条件。
因此，天线问题是时变电磁场问题的⼀种特殊形式。
从信号系统的⾓度出发，天线问题可以理解为考察由⼀个电磁波激励源产⽣的电磁响应特性。
从通信系统的⾓度出发，天线可以理解为信号发射和接收器，收发天线之间的⽆线电信号强度满⾜通道传输⽅程和多径衰落特性。
3．对天线结构的概念理解采⽤不同的模型，对天线可以有不同的理解。
典型的模型⽐如：●开放的电容[思考] 野外电台或电视发射塔，⽆线电视或电台接收机，为什么能构成⼀个天线，其电流回路在什么地⽅？●开放的传输线从传输线理论理解，天线可以看做是将终端开路的传输线终端掰开。
●TM mn型波导将天线辐射看做是在4π空间管道中传输的波导，则对应的传输波型是TM型波，但在传输过程中不断遇到波导的不连续性，因此不断激励⾼次模。
由电磁波源和电磁波传输媒质形成电磁波传输的机构波的形成都需要波源和传输媒质。
在⼀盆⽔中形成机械波纹，可以使⽤点激励源产⽣波，并在⽔⾯上传播。
波的传播特性只与媒质特性有关⽽与波源⽆关。
将⼀个⾁包⼦扔出去，这个⾁包⼦可能产⽣不同的结果，或者被狗吃了，或者掉在什么地⽅了，都与扔包⼦的⼈不再有任何关系。
⽽对天线来说，馈点的激励源就是这种波源，天线导体和外界空间就是传输媒质。
不过电磁波的传输媒质可以是真空。
[思考] 电磁波具有波粒⼆象性。
频率越低，波动性越强；频率越⾼，粒⼦性越强。
所以光波主要表现出粒⼦性，⽽长波表现出波动性。
手机天线原理和设计PPT课件
右图为该天线 模型在 1.8GHz频 率下的增益 方向图。
• 最大增益～ 4dBi。
• 全向性可控 制
内置Planar Monopole vs 手机 结构设计
• 内置Planar Monopole天线可以比同样工作 频率的PIFA小。
Gain@ 6 dBi Patch 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi 6 dBi
EIRP 26 dBm 23 dBm 21 dBm 19 dBm 18 dBm 13 dBm 6 dBm
内置天线分类
• PIFA Planar Inverted F Antenna
• 增益越高，垂直方向 波束越窄，水平方向 覆盖面积越大。
侧视 (垂直方向图)
垂直波束
dipole (with Gain)
顶视 (水平方向图)
全向和定向
• 右上图为一高增益全 向天线。垂直方向波 束窄，阴影为天线不 能覆盖范围。水平方 向则覆盖面积很大。
• 右下图显示方向图被 “挤压”向一个方向， 辐射能量在一定角度 分布较大。而背面能 量分布少。
手机天线原理和设计ppt课件
手机天线原理和设计
天线基本概念
• Return Loss（回波损耗S1பைடு நூலகம்）
天线原理
• Directionality（方向性系数）
天线辐射方向性参数。天线据此可分全向（omnidirectional）和定向（directional）。
• Gain（增益）
天线增益定义为规定方向的天线辐射强度和参考天线之比。
XY平面为H面，YZ面E1面，XZ面E2面。
天线理论与技术教学设计
天线理论与技术教学设计一、引言天线是无线通信系统中非常重要的组成部分，其影响着系统的性能和覆盖范围等多个方面。
因此，在无线通信系统设计中天线理论和技术的教学是必须的。
本文将对天线理论和技术的教学进行设计，并分析教学的需求与特点，讨论如何更好地实现教学目标。
二、教学目标•熟悉天线的基本理论和概念•理解天线的性能参数和测试方法•掌握天线设计和制造的基本步骤和方法•能够应用天线技术进行无线通信系统的设计和优化•提升学生的实践能力和团队合作能力三、教学内容1.天线的基本理论和概念天线的基本理论包括天线的辐射机制、天线特性参数和天线性能测试等内容。
学习这些内容可以帮助学生理解天线的基本原理和技术，并具备分析天线工作状态的能力。
2.天线的性能参数和测试方法天线的性能参数包括天线的增益、方向图、波束宽度、驻波比等参数，这些参数可以描述天线的信号辐射能力。
通过学习天线参数测试方法，可以帮助学生掌握如何使用测试工具和分析天线的测试数据。
3.天线设计和制造的基本步骤和方法天线的设计和制造是本课程的重点，学生需要学习天线的设计流程、仿真工具和天线制造的工艺流程等内容。
通过实践，学生可以掌握天线设计的基本方法和技能。
4.应用天线技术进行无线通信系统的设计和优化天线技术在无线通信系统中扮演着重要的角色，学习了天线基本知识和技能后，学生需要应用天线技术进行无线通信系统的设计和优化。
学生需要掌握如何考虑天线的因素进行系统设计和优化。
四、教学方法本课程采用以学生为中心的教学法，通过授课、讨论、实验、课程设计等方式来完成教学任务，其中教学方法主要包括以下几点：1.理论授课：通过讲解和提问的方式，确保学生掌握天线的基本理论和概念。
2.实验操作：通过科学严谨的实验操作，确保学生掌握天线参数测试方法和天线设计的基本技能。
3.课程设计：通过课程设计，让学生深入了解天线设计和制造的流程，解决一系列在实践中遇到的问题，并通过团队协作完成设计任务。
天线理论与设计基本概念
基本电振子(赫兹偶极子)电基本振子是一段长度l远小于波长, 电流I等幅同相的直线电流元i(t)=I cosωt, 它是线天线的基本组成部分, 任意线天线均可看成是由一系列电基本振子构成的。
立体角：定义：立体角是以圆锥体的顶点为球心，半径为1的球面被锥面所截得的面积来度量的，度量单位称为“立体弧度”。
和平面角的定义类似。
在平面上我们定义一段弧微分S与其矢量半径r的比值为其对应的圆心角记作dθ=ds/r；所以整个圆周对应的圆心角就是2π；与此类似，定义立体角为曲面上面积微元ds与其矢量半径的二次方的比值为此面微元对应的立体角记作dΩ=ds/r^2；由此可得，闭合球面的立体角都是4π。
单位：steradian->sr=stereos+radian球坐标系中计算：d= ds /R2= ds=sin *d * d (sr)辐射强度定义：给定方向上单位立体角辐射的功率。
计算：物理意义：反应在给定方向上辐射的大小辐射功率：定义：辐射效率定义：天线的输入功率仅有一部分转换为辐射功率，其余被天线及其附近结构所吸收。
辐射效率定义为天线的辐射功率与净输入功率之比。
其中：为辐射电阻，为损耗电阻。
场强方向图：定义：在固定距离r=r0的球面上，辐射电场强度随着角坐标的相对变化(函数)图形为场强方向图。
方向图函数作图二维平面图：○极坐标图○直角坐标图功率方向图：在固定距离r=r0的球面上，波印廷矢量的r分量随着角坐标的相对变化(函数关系)图形为功率方向图。
方向图函数记为按方向图特征的天线分类各向同性天线：天线向各个方向均匀辐射。
方向性天线：天线在某些方向的辐射比其他方向的辐射强得多全向天线：天线在某个平面内的辐射为无方向性，在其正交面具有方向性波瓣：半功率波瓣宽度：定义：从方向图的原点过辐射强度是最大值一半(对应场强是最大值的)的点的矢量所夹的角度。
（3dB波瓣宽度）。
E面和 H面的半功率波瓣宽度分别用2HPE 和2HPH表示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基本电振子(赫兹偶极子)
电基本振子就是一段长度l远小于波长, 电流I等幅同相的直线电流元i(t)=I cosωt, 它就是线天线的基本组成部分, 任意线天线均可瞧成就是由一系列电基本振子构成的。
立体角:
定义:立体角就是以圆锥体的顶点为球心,半径为1的球面被锥面所截得的面积来度量的,度量单位称为“立体弧度”。
与平面角的定义类似。
在平面上我们定义一段弧微分S与其矢量半径r的比值为其对应的圆心角记作dθ=ds/r;所以整个圆周对应的圆心角就就是2π;与此类似,定义立体角为曲面上面积微元ds与其矢量半径的二次方的比值为此面微元对应的立体角记作dΩ=ds/r^2;由此可得,闭合球面的立体角都就是4π。
单位:steradian->sr=stereos+radian
球坐标系中计算:dΩ= ds /R2= ds=sin θ *d θ* dφ (sr)
辐射强度
定义:给定方向上单位立体角辐射的功率。
计算:
物理意义:反应在给定方向上辐射的大小
辐射功率:
定义:
辐射效率
定义:天线的输入功率仅有一部分转换为辐射功率,其余被天线及其附近结构所吸收。
辐射效率定义为天线的辐射功率与净输入功率之比。
其中:为辐射电阻,为损耗电阻。
场强方向图:
定义:在固定距离r=r0的球面上,辐射电场强度随着角坐标的相对变化(函数)图形为场强方向图。
方向图函数
作图二维平面图:○1极坐标图○2直角坐标图
功率方向图:
在固定距离r=r0的球面上,波印廷矢量的r分量随着角坐标的相对变化(函数关系)图形为功率方向图。
方向图函数记为
按方向图特征的天线分类
各向同性天线:天线向各个方向均匀辐射。
方向性天线:天线在某些方向的辐射比其她方向的辐射强得多
全向天线:天线在某个平面内的辐射为无方向性,在其正交面具有方向性
波瓣:
半功率波瓣宽度:
()
2
,4ϕθπF A
Ω=定义:从方向图的原点过辐射强度就是最大值一半(对应场强就是最大值的)的点的
矢量所夹的角度。
(3dB 波瓣宽度)。
E 面与 H 面的半功率波瓣宽度分别用2θHPE 与2θ
HPH 表示。
第一零陷波瓣宽度:
定义:从方向图的原点与主瓣的根部相切的矢量所夹的角度。
用2θ0表示 副瓣电平(SLL):
定义:副瓣峰值与主瓣最大值之比。
方向性
定义:天线在某方向的辐射强度与参考天线的辐射强度之比。
参考天线:与实际天线具有相同的辐射功率,并且均匀辐射。
波瓣立体角
(
)
()`
,
1,
2
2
Ω
=
Ω
=
Ω
⎰⎰
⎰⎰
d
F
U
U
d
F
m
m
A
ϕ
θ
ϕ
θ
定义:天线的波瓣立体角就是一个立体角,如果所有功率均通过此立体角辐射,在此立体角内辐射强度均匀并等于最大值
功率增益:
定义:任意方向上的辐射强度与无耗各向同性参考天线的辐射强度之比
极化:
定义:天线在给定方向的极化定义为“天线被激励时辐射波的极化,或在天线输出端得到最大可用功率时的给定方向上入射波的极化”
未规定方向时,极化为最大增益方向的极化。
辐射波的极化定义为“描述电磁波电场矢量的方向与相对幅度的时变特性,确切地说,就就是在空间固定位置沿传播方向观察到的电场矢量的端点随时间变化的轨迹”。
电小天线
尺寸相对于工作频率所对应的波长比较小的天线就就是电小天线,它也就是最基本的天线。
最简单的电小天线就是短振子,就是一段馈电点在中心的导线。
短振子与理想偶极子的辐射电阻:
理想偶极子的辐射电阻就是短振子的辐射电阻的4倍
理想偶极子
对称振子:
定义:
由两根等长的直金属线或金属筒构成,中间有馈线。
沿Z 轴取向,长为L且中心馈电,
()
⎰⎰Ω
=
Ωd
F
A
2
,ϕ
θ
()()()
in
in
P
U
P
U
G
ϕ
θ
π
π
ϕ
θ
ϕ
θ
,
4
4
,
,=
=
2
2
2
80
2
1⎪
⎪
⎭
⎫
⎝
⎛∆
=
=
∴
λ
π
l
I
P
R r
r
如图可将其视为开路双线传输线由末端长L/2处弯折90度而成。
●电流分布:
假设弯折部分电流分布不变,引入电流分布
因为在处开路,所以该处的电流一定为0。
参考微波技术基础传输线理论。
●辐射场:远场取仅保持横向分量,及1/r阶分量
●归一化方向图函数:
天线长度半功率波瓣宽度
90
87
78
64
47、8
当L>1、25时,出现多瓣图。
●辐射电阻:
先求波印廷矢量->功率密度->辐射功率->辐射电阻●辐射电阻与L关系图:
完纯导电地平面
无限大的理想导电平面,良导体的金属面或栅网,当尺寸比天线大几倍时,可近似为理想地面。
镜像原理
相似源:
组成天线阵的各单元不仅型式相同,而且在空间的放置姿态(或取向)也相同。
各单元具有相同的电流分布,但激励电流的幅度与相位可不同。
宽频带天线:
若天线的方向图与阻抗在约一个倍频程或更宽频带内无显著变化,则该天线即属宽频带天线。