天线基础知识与原理
天线基础知识课件
修复完成后，重新安装天线， 确保安装牢固。
天线的升级与改造方案
升级方案
根据实际需求和技术发展，对天线进 行升级改造，提高天线的性能和功能 。
改造方案
根据实际场景和需求，对天线进行改 造，如改变天线结构、增加天线数量 等。
方案实施
制定详细的实施方案，包括改造计划 、时间安排、人员分工等，确保改造 顺利进行。
04
天线的应用领域
通信领域
移动通信
01
手机、无线电对讲机等移动通信设备使用天线接收和发送信号
。
卫星通信
02
卫星地面站使用天线与卫星进行通信。
无线局域网
03
路由器、电脑等设备通过天线连接无线网络。
雷达领域
天气预报雷达
用于监测天气状况，如风切变、降水等。
导航雷达
用于飞机、船舶等导航。
军事雷达
用于探测目标、制导武器等。
05
天线的设计与制作
天线的设计原则与方法
匹配原则
天线应与发射和接收设 备相匹配，以确保信号
的最佳传输。
效率原则
天线应具有高效率，以 减少信号的损失和干扰
。
抗干扰原则
天线应具有抗干扰能力 ，以减少外部信号的干
扰。
多功能性原则
天线应具有多功能性， 以满足不同的应用需求
。
天线的制作材料与工艺流程
01
电磁波在空间中以波的形 式传播，其传播速度等于 光速。
电磁波的特性
电磁波具有频率、波长、 振幅等特性，不同特性的 电磁波具有不同的传播方 式和性质。
天线辐射原理
天线的作用
天线是用来发射或接收电 磁波的设备，其作用是将 电信号转换为电磁波或将 电磁波转换为电信号。
第一章天线基础知识
1 2 Pr I Rr 2 30 2 2 则 Rr f ( , ) sin d d
由
0
0
则方向系数与 辐射电阻之间 的联系为
120 f D Rr
2 max
若要提高天线效率，必须尽可能的减小损耗 电阻和提高辐射电阻。通常，超短波和微波 天线的效率很高，能够接近于1。
半功率点波瓣宽度 （HWFN） ，指主瓣最大 值两边场强等于最大值0.707倍的两辐射方向之 间的夹角，又叫3分贝波束宽度。
副瓣电平，指副瓣最大值与主瓣最大值之比，
一般以分贝表示,
前后比，指主瓣最大值与后瓣最大值之比。
30
（4）方向系数
方向图参数能从一定程度上描述天线方向图的 状态，仅能反映方向图中特定方向的辐射强弱程 度，未能反映全空间的分布状态。
理想点源归一化方向函数：
26
（2）方向图
方向图：将方向函数用曲线描绘出来，称为 方向图，就是与天线等距离处，天线辐射场大 小在空间中的相对分布随方向变化的图形。
工程上常采用两个正交平面方向图，自由空 间中两个最重要的平面方向图是E面和H面。E 面即电场强度矢量所在并包含最大辐射方向的 平面，H面即磁场强度矢量所在并包含最大辐 射方向的平面。
z 电流元
H E H E
r
x
y
方向图立体模型
13
E面方向图
H面方向图
E面直角坐标方向图
H面直角坐标方向图 14
（4）中间区
（1）近区与远区之间，感应场与辐射场 相差不大； （2）电场 Er 和 E 不同相，相差接近90 度且振幅不等，一般在平行于传播方向的 平面内形成一旋转矢量，矢量端点的轨迹 为一椭圆； （3）辐射功率占主导地位。
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
天线基本原理及常用天线介绍
精品PPT
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 820 MHz
在 890 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
精品PPT
4、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
水平极化
+ 45度倾斜的极化
精品PPT
- 45度倾斜的极化
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)
精品PPT
倾斜 (+/- 45°)
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.
5交叉极化比轴向303db10db3db10db与国际接轨的天性辐射特性波束效率杂散因子顶视55方向图方向图一个单一的对称振子具有面包圈形的方向图侧视在地平面上为了把信号集中到所需要的地方要求把面包圈压成扁平的一个对称台振子假设在接收机中有1mw功率在阵中有4个对称振子在接收机中就有4mw功率在接收机中就有4mw功率对称振子组阵能够控制辐射能构成对称振子组阵能够控制辐射能构成扁平的面包圈扁平的面包圈在这儿增益10log4mw1mw6dbd更加集中的信号顶视天线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
天线知识点总结
天线知识点总结天线是电子设备中最基本的元件之一，它能够将电磁波转换为电信号或者将电信号转换为电磁波，是广泛应用在通讯、雷达、导航、电视等领域的不可或缺的元器件。
本文将简要介绍一些天线的相关知识点。
1. 天线的基础理论 - 反射、辐射以及电磁波的特性天线的工作原理基于电磁波的传播特性及其与天线之间的相互作用。
天线通过反射、辐射等方式将电磁波与电信号进行转换，因此温度、介质、空气湿度等环境因素都会对天线的性能产生影响。
2. 天线的类型 - 主动、被动及扫描式天线天线可以根据其在电路中的位置和作用方式分为主动和被动两种类型。
主动天线通常带有放大器来增加信号强度，而被动天线则不带放大器。
此外，扫描式天线可以通过旋转、摆动等方式改变辐射方向，以实现扫描覆盖目标区域的效果。
3. 天线的指标 - 增益、方向性、VSWR、带宽等天线的性能可由其各种指标来描述，其中增益、方向性、VSWR、带宽等是较为重要的指标。
增益是天线的辐射能力，方向性是天线辐射能力随方向变化的能力，VSWR是天线对来自外部信号反射时的反射率指标，带宽则是天线能够工作的频率范围。
4. 天线的尺寸 - λ/2、λ/4、全波长天线等天线的尺寸与工作频率密切相关，常见的天线长度有λ/2、λ/4、全波长天线等。
λ/2天线通常用于VHF和UHF频段，λ/4天线适用于较低频段，全波长天线则通常用于HF 等较低频段。
5. 天线的应用 - 通讯、雷达、导航、电视等天线在通讯、雷达、导航、电视等领域都有广泛的应用。
不同应用场景对天线的要求不同，例如通讯领域需要天线具有良好的增益和方向性，而雷达和导航领域则需要具有较高的扫描速度和快速响应能力。
6. 天线的制作和测试 - PCB天线、红外按摩仪等天线的制作和测试涉及到复杂的技术和设备，常用的制作方法包括PCB天线、红外按摩仪等。
测试方法则通常包括VSWR测试、增益测试、方向性测试等。
7. 天线的未来发展趋势 - 新材料、智能化、多功能化等随着技术的不断进步，未来天线的发展趋势将会趋向于新材料、智能化、多功能化等方向。
第一讲天线基本知识
第一讲天线基本知识第一讲天线基本知识1.1天线的作用与地位无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。
电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。
可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。
天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。
对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。
1.2对称振子对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。
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、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子,见图1.2 a 。
另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子，见图1.2 bS12a1.3天线方向性的讨论发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。
垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈”形的立 体方向图（图1.3.1 a ）。
立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，图1.3.1 b 与图1.3.1 c 给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。
从图1.3.1 b 可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图1.3.1 c 可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。
天线原理基础
天线的基本知识
极化损失
1.4.2 极化损失
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，接收到的信号都会变小，也就是 说，发生极化损失。例如：当用+ 45° 极化天线接收垂直极化或水平极化波时，或者，当用 垂直极化天线接收 +45° 极化或 -45°极化波时，等等情况下，都要产生极化损失。用圆极 化天线接收任一线极化波，或者，用线极化天线接收任一圆极化波，等等情况下，也必然 发生极化损失------只能接收到来波的一半能量。 当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接 收垂直极化的来波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆极化的来波时，天线就完全接 收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。
天线的基本知识
波瓣宽度
1.3.4
波瓣宽度
方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣 或旁瓣。参见图1.3.4 a , 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一半） 的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角）。波瓣宽度 越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。 还有一种波瓣宽度，即 10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低 10dB （功率密度降至十分之一） 的两个点间的夹角，见图1.3.4 b .
1/4波长
1/2波长
1/4波长
对称振子
图1.2 a
图1.2 b
天线的基本知识
一些天线基本知识
一些天线基本知识------------------------------------------作者xxxx------------------------------------------日期xxxx一些天线基本知识一、电磁波产生的基本原理按照麦克斯韦电磁场理论，变化的电场在其周围空间要产生变化的磁场，而变化的磁场又要产生变化的电场。
这样，变化的电场和变化的磁场之间相互依赖，相互激发，交替产生，并以一定速度由近及远地在空间传播出去。
周期性变化的磁场激发周期性变化的电场，周期性变化的电场激发周期性变化的磁场。
电磁波不同于机械波，它的传播不需要依赖任何弹性介质，它只靠“变化电场产生变化磁场，变化磁场产生变化电场”的机理来传播。
当电磁波频率较低时，主要籍由有形的导电体才能传递；当频率逐渐提高时，电磁波就会外溢到导体之外，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。
在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部反回原电路而没有能量辐射出去。
然而，在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能反回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去。
根据以上的理论，每一段流过高频电流的导线都会有电磁辐射。
有的导线用作传输，就不希望有太多的电磁辐射损耗能量；有的导线用作天线，就希望能尽可能地将能量转化为电磁波发射出去。
于是就有了传输线和天线。
无论是天线还是传输线，都是电磁波理论或麦克斯韦方程在不同情况下的应用。
对于传输线，这种导线的结构应该能传递电磁能量，而不会向外辐射；对于天线，这种导线的结构应该能尽可能将电磁能量传递出去。
不同形状、尺寸的导线在发射和接收某一频率的无线电信号时，效率相差很多，因此要取得理想的通信效果，必须采用适当的天线才行！研究什么样结构的导线能够实现高效的发射和接收，也就形成了天线这门学问。
高频电磁波在空中传播，如遇着导体，就会发生感应作用，在导体内产生高频电流，使我们可以用导线接收来自远处的无线电信号。
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技术要求及工艺说明
5系列
备注
/ 提高底板的抗腐蚀性， 从环保角度考虑，建议 本色导电氧化。 / / /
表面处理
底板厚度 尺寸精度 环保要求 其它要求
导电氧化
≥2mm； 双频共用天线：≥2.5mm GB/T 1804-m 符合RoHS 清理毛刺、锐角倒钝
/
2、天线类型及各部件材质介绍---天线罩
辐射参数：
--- 按重要性顺序排列
水平面波束宽度
辐射参数评估：
满足所需求的覆盖要求
水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高 前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。
电下倾角度
垂直面波束宽度 前后比 增益
能有效提升网络的通信质量
交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落 的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减 缓同频干扰。
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。
天线 接地装置 主馈线（7/8“）
室内超柔馈线
室外馈线 馈线卡 防雷保护器 基站主设备
馈线过线窗
2、天线类型及各部件材质介绍
常规天线
全向天线 定向单极化天线 定向双极化天线
电调天线
单宽频电调天线 多频电调天线
，可靠性较差。
设计指标优秀且一致性较好
成本相对较高
锌（铝）合金压铸
成品可靠性高 结构形状的时间稳定性好
2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子
比较好的65度振子
比较差的65度振子
2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子
比较好的90度振子
比较差的90度振子
2、天线类型及各部件材质介绍---馈电网络 空气微带线馈电网络
印制板
优点
可以保证较高的尺寸精度； 阻抗匹配可灵活设计； 常用于军工产品。
缺点
CDMA800/GSM900频段使
用成本高； CDMA800/GSM900频段使 用结构稳定性较差。
2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子
实现方式 金属板冷冲压 优点
加工和材料成本相对较低；
缺点
指标较差且一致性较差； 结构形状的时间稳定性较差
电下倾角度
垂直面波束宽度 前后比 增益
能有效提升网络的通信质量
交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落 的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减 缓同频干扰。
交叉极化比
副瓣抑制
零点填充 方向图圆度
对网络性能有影响的辅助指标
零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点； 方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。
辐射参数：
--- 按重要性顺序排列
水平面波束宽度
辐射参数评估：
满足所需求的覆盖要求
水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高 前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。
电下倾角度
垂直面波束宽度 前后比 增益
能有效提升网络的通信质量
交叉极化比决定极化分集效果，提升抗多径衰落的 能力。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减缓 同频干扰。
水平面波束宽度
辐射参数评估：
满足所需求的覆盖要求
水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高 前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。
电下倾角度
垂直面波束宽度 前后比 增益
能有效提升网络的通信质量
交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落 的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减 缓同频干扰。
传输线
能量转换－导行波和自由 空间波的转换；
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
3、天线原理及指标介绍---方向图
方向图象一个“汽车轮胎”
水平面 H面
垂直面 E面
立体图
水平面波束宽度 = 360º 垂直面波束宽度= 78º
3、天线原理及指标介绍---方向图
将“轮胎”压扁，信号就越集中，实际使用的天线就是采用一个或者多 个辐射单元来实现的。
2、天线类型及各部件材质介绍---天线内部结构
同一款基站天线有多种设计方案来实现。
反射板
振子
设计方案涉及到天线的以下四部分：
1、辐射单元（振子） 2、反射板（底板）
3、功率分配网络（馈电网络）
4、封装防护（天线罩）
馈电网络
2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子
高性能与一般型产品材质工艺对比——天线振子
天线罩对比 天线罩以对天线主体的封装防护为目的，主要为了减缓温度、湿度、 盐雾、雨淋、摄冰、大风、老化、等各种因素对天线性能的影响，国内外 基站天线的天线外罩目前普遍使用的材料为PVC和玻璃钢。
玻璃钢
PVC
2、天线类型及各部件材质介绍---天线罩
＊天线罩材料选择PVC，PVC材料与玻璃钢材料关键参数对照表如下： 关键参数
相对较高 ±0.8° 好 较好 1.0
增益约低0.2~0.3dB ±1.5° 差 较差 0.65
2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子
半波振子VS微带贴片
振子形式
半波振子
优点
辐射效率高、交叉极化指标
缺点
振子结构相对复杂，加工
较好； 单元辐射阻抗较易优化； 实现形式多样化，可采用印 制板、金属板冷冲压、锌合金 压铸等多种实现方式。 微带贴片
天线基础知识与原理
2010年6月
1 1
目 录
一 二
天线基本知识及原理
天线的波束成型简介
2
目 录
一
天线基本知识及原理
1、天馈系统简介 2、天线类型及各部件材质介绍 3、天线原理及指标介绍
3
1、天馈系统简介
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%。
3、天线原理及指标介绍---方向图
天线方向图测试---辐射性能测试
远场测量微波暗室及其系统 40米×20米 ×20米 ；
128探头近场测量微波暗室及其系统
3、天线原理及指标介绍---辐射参数
辐射参数：
--- 按重要性顺序排列
水平面波束宽度
辐射参数评估：
满足所需求的覆盖要求
水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高 前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。
交叉极化比
副瓣抑制
零点填充 方向图圆度
对网络性能有影响的辅助指标
零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点； 方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。
32
3、天线原理及指标介绍---前后比
定义：是指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
33
3、天线原理及指标介绍---前后比案例介绍
后瓣过强
300度 180度 300度 272.5度 270度 180度
272.5度
270度
240度 240度
207.5度 207.5度
前后比较差
天线后瓣较大
前后比较好
天线后瓣较小
3、天线原理及指标介绍---辐射参数
26
3、天线原理及指标介绍---辐射参数
辐射参数：
--- 按重要性顺序排列
水平面波束宽度
辐射参数评估：
满足所需求的覆盖要求
水平面和垂直面波束宽度准确，精确的下倾角，高 前后比抑制同频干扰，并满足所需要的增益指标。
电下倾角度
垂直面波束宽度 前后比 增益
能有效提升网络的通信质量
交叉极化比决定极化分集效果，网络升抗多径衰落 的标志。良好的上旁瓣抑制，在城区覆盖中能够减 缓同频干扰。
优点: 成本低，损耗小，设计自由度较大； 缺点: 指标稳定性差，寄生辐射大，一致性差，性能受底板变形影响大。 近年来，随着价格竞争加剧，不少厂家采用空气微带线网络。
2、天线类型及各部件材质介绍---馈电网络 同轴电缆馈电网络
优点: 稳定性好，指标一致性好，没有寄生辐射；
缺点: 设计自由度小，成本较高，损失较大，焊点多。 Katherin一直采用这种设计，comba的高端天线也采用这种设计。
振子形式简单，易于冷冲压
难度较大；特别是合金压铸 方式的半波振子。 成本较高。
交叉极化指标较差； 双极化贴片天线的极化隔
成型； 易于与微带功率分配网络一 体化设计； 成本相对较低。
离度较差 装配精度要求较高
2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子
半波对称振子是天线设计普遍采用的一种振子形式，可以有多 种改进形式： 实现方式
交叉极化比
副瓣抑制
零点填充 方向图圆度
对网络性能有影响的辅助指标
零点填充在某些特殊场景可有限度的减少盲点； 方向图圆度是反映全向天线的覆盖均匀性指标。
30
3、天线原理及指标介绍---电下倾角度
定义：通过电子调节
的方式优化下倾角。
31
3、天线原理及指标介绍---辐射参数
辐射参数：
--- 按重要性顺序排列
常 规 套 筒 振 子 缩 短 套 筒 振 子
移 动 通 信 天 线 类 型
全 向 天 线
高性能
一般型
定 向 天 线
半 波 振 子 微 带 贴 片
高性能
一般型
2、天线类型及各部件材质介绍---天线振子
常规套筒振子VS缩短套筒振子
常规套筒振子 缩短套筒振子
铜材和铝材区 别不大
增益 方向图圆度 批次一致性 交调指标 相对成本