电磁波传播基本知识和天线基本原理
天线工作原理
天线工作原理天线是无线通信系统中不可或缺的设备，它起到接收和发送无线信号的作用。
本文将详细介绍天线的工作原理及其相关知识。
一、天线的基本概念天线是将电信号转化为电磁波或将电磁波转化为电信号的设备。
它一般由导电材料制成，如金属，并根据特定的原理进行设计和调整。
天线可以分为接收天线和发射天线两种类型。
二、天线的工作原理天线的工作原理基于电磁波的发射和接收。
下面将分别介绍接收天线和发射天线的工作原理。
1. 接收天线的工作原理接收天线通过接收电磁波将其转化为电信号。
当电磁波经过天线时，它会激发天线中的电荷，产生电流。
这个电流会经过连接到天线的电路，从而实现信号的解调和放大。
最终，这个电信号可以被传递到无线接收器，用于进行进一步的处理和解码。
2. 发射天线的工作原理发射天线将电信号转化为电磁波，以便进行无线传输。
当电信号通过连接到天线的电路时，它会产生交变电流。
这个交变电流会导致天线上的电荷也发生交变，从而产生电磁波。
这些电磁波会在空间中传播，并被接收天线接收到。
同样地，接收天线会将电磁波转化为电信号，以进行进一步的处理和解码。
三、天线的优化设计为了提高天线的工作性能，可以进行一些优化设计。
下面列举一些常见的优化设计方法。
1. 天线长度调整：天线的长度对于接收和发射的频率有直接影响。
通过调整天线的长度，可以使其与所传输的频率匹配，从而提高效率。
2. 天线形状设计：天线的形状对于天线的辐射模式有重要影响。
通过设计合适的天线形状，可以实现不同方向的辐射或接收，以满足具体的通信需求。
3. 天线材料选择：天线的材料对于信号的传输和接收也有一定影响。
根据需要选择导电性能好、损耗小的材料，以提高天线的性能。
四、天线在无线通信中的应用天线广泛应用于各种无线通信系统中，包括移动通信、卫星通信、无线局域网等。
下面列举几个常见的应用场景。
1. 移动通信：天线用于手机、基站等设备中，将电信号转化为电磁波进行传输，以实现无线通信。
电磁波传播基本知识和天线原理
一、电磁波传播基础知识
空间分集：单极化天线
极化分集：双极化天线
接 收 信 号 强 度
接收距离
一、电磁波传播基础知识
绕射传播
电波在传播途径上遇到障碍物时，总会力 图绕过障碍物，再向前传播。这种现象叫 做电波的绕射。
信号质量受到影响的程度不仅和接收天线 距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还 和频率有关，频率越高，建筑物越高、越 近，影响越大。相反，频率越低，建筑物 越矮、越远，影响越小。 因此，选择基站场地以及架设天线时，一定要考虑到绕射传播可能产生的 各种不利影响。 （要点：近处、水平/垂直主波束+/-10dB内无遮挡）
特殊应用中才会考察垂直面方向图的前后比，
比如基站背向区域有超高层建筑物。
后向功率
前向功率
三、天线主要性能参数
根据天线辐射参数对网络性能影响程度，可分类如下：
对网络的不同影响程度
满足网络覆盖要求的基础指标
天线参数
水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性 垂直面波束宽度及电下倾角度 前后比 增益
能够提升网络通信质量的辅助指标
对网络的不同影响程度
满足网络覆盖要求的基础指标
天线参数
水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性 垂直面波束宽度及电下倾角度 前后比 增益
能够提升网络通信质量的辅助指标
交叉极化比 上旁瓣抑制
对网络性能有影响的辅助指标
下零点填充 方向图圆度
三、天线主要性能参数
半功率波束宽度：在方向图主瓣范围内，相对最大辐射方向功率密
京信通信 未来无限延伸
一、 电磁波传播基础知识 二、天线辐射原理 三、天线主要性能参数 四、天线分类
二、天线辐射原理
天馈系统简介
电磁波传播和天线技术
电磁波传播和天线技术在现代通信技术中，电磁波传播和天线技术是不可或缺的两个部分。
电磁波作为一种电磁辐射形式，在信息传输和接收中具有重要的应用价值。
而天线则是将电磁波从信号源传输到接收器的一种装置。
本文将探讨电磁波传播和天线技术的原理和应用。
一、电磁波传播原理电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的一种辐射形式。
电磁波在空间中传播时，它的传输速度是一定的，即光速（299,792,458米每秒）。
在自由空间中，电磁波的能量可以传播到很远的距离，但会逐渐衰减，直至消失。
电磁波的频率和波长是决定其传播特性的两个重要参数。
频率越高，波长越短，电磁波的穿透能力就越弱。
例如，无线电波的波长较长，能穿透建筑物和树木，但受到地球曲率的限制，不能传播得太远。
而微波、红外线和可见光波长较短，穿透能力较弱，但传输距离较远。
电磁波在传输过程中受到障碍物的影响也是不可避免的。
信号的衰减、多径传播和反射等现象会对信号的质量产生影响。
因此，在实际应用中，需要通过天线技术和信号处理技术来弥补这些影响。
二、天线技术原理天线是将电磁波从信号源传输到接收器的装置。
它的主要作用是将电磁波从电路中转换为自由空间中的辐射波。
天线的形状和大小取决于所传输的信号的频率和波长。
天线的信号收发特性与其结构有关。
如果天线的结构与信号的波长匹配，则可以最大限度地获取信号。
例如，在接收WIFI信号时，我们通常使用带有小型晶片天线的路由器来接收信号。
天线的特性除了与其结构有关，还与其所处环境有关。
例如，移动电话天线的特性会受到其周围环境的影响，如建筑物和树木等。
此外，天线的方向性也是一个重要的特性。
向各个方向辐射的天线称为全向天线，而只向特定方向辐射的天线称为定向天线。
三、应用案例分析电磁波传播和天线技术在现代通信中应用广泛。
以下是一些典型的应用案例：1.卫星通信卫星通信是通过卫星将信号传输到地面的通信方式。
在卫星通信中，天线具有非常重要的作用，它必须能够接收到来自卫星的信号，并将信号转发给相应的设备。
天线原理试题
天线原理试题1. 电磁波传播的原理电磁波是一种由变化的电场和磁场组成的波动现象。
当电流通过导体时，会产生电磁辐射，即电磁波。
天线利用这种辐射的特性进行信号的接收和发送。
2. 天线的基本构造天线通常由金属材料制成，具有一定的长度和形状。
常见的天线结构包括直线天线、环形天线和抛物面天线等。
天线的形状和长度会影响其接收和发送的频率范围。
3. 天线的工作原理天线的工作原理基于电磁感应和辐射的原理。
当电磁波经过天线时，会激发天线中的电场和磁场，并将其转化为电流。
这些电流可以通过连接的电路来接收或发送信号。
4. 天线的接收和发送信号天线作为接收器时，接收到的无线信号会通过天线的导线传输到接收器电路中，进而转化为可识别的信号。
天线作为发送器时，电流将被输入到天线导线中，并被转化为电磁波进行传输。
5. 天线的增益和方向性天线的增益是指天线向特定方向上的信号接收或发送能力。
通过设计特定形状和长度的天线，可以增强特定频率范围的信号接收或发送能力。
天线的方向性则指的是天线在接收或发送信号时的主要辐射方向。
6. 天线的应用领域天线广泛应用于无线通信、广播、雷达等领域。
不同类型的天线适用于不同的应用场景，如扩大无线信号覆盖范围、实现远距离通信或定向传输等。
7. 天线的优化与调整为了提高天线的性能，可以采用不同的技术来优化和调整天线的参数，如改变天线的形状、长度和材料等。
通过精确的设计和调整，可以使天线在特定频率范围内的信号接收和发送效果更好。
8. 天线的局限性和挑战天线的性能受到多种因素的影响，如传播环境、材料损耗、多径效应等。
在特殊的环境中，天线的性能可能会受到限制，需要通过合适的设计和技术手段来克服这些挑战。
电磁波传播与天线
8
基本概念 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＝３００００ ０公里／秒表示。在媒质中的传播速度为：Ｖ ε ` ＝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。
4.4 电磁波传播与天线
1
一、电磁波基本概念
二、天线接收原理
三、天线的种类 四、天线的参数
2
一、电磁波基本概念
1、 电磁波的辐射
3
基本概念 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于传播方向。
4
基本概念 2、 电磁波相角
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。
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。
30
基本概念 三、天线的种类
1、半波振子天线
16
基本概念
超短波的传播
无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同。目前 GSM和CDMA移动通信使用的频段都属于UHF（特高频）超 短波段，其高端属于微波。 超短波和微波的视距传播 超短波和微波的频率很高，波长较短，它的地面波衰减很 快。因此也不能依靠地面波作较远距离的传播，它主要是由 空间波来传播的。空间波一般只能沿直线方向传播到直接可 见的地方。在直视距离内超短波的传播区域习惯上称为“照 明区”。在直视距离内超短波接收装置才能稳定地接收信号。
天线基本原理
天线基本原理
天线基本原理是指利用特定的结构和材料，将电能转换为电磁波能量或者将电磁波能量转换为电能的装置。
天线主要由导体构成，其长度和形状与所接收或发射的电磁波的频率密切相关。
天线的基本原理可以用以下几个方面来描述：
1. 辐射原理：在接收模式下，天线通过感应来接收电磁波，并将其转换为电信号；而在发射模式下，电信号通过天线转换为电磁波并辐射出去。
2. 感应原理：天线通过电磁感应的原理来接收电磁波。
当电磁波通过天线时，产生在导体上的电势差和电流，从而实现将电磁波转化为电信号。
3. 辐射模式：天线的辐射模式取决于其结构和形状。
不同结构和形状的天线在空间中会形成不同的辐射图案，这决定了其方向性、增益和频率响应等特性。
4. 驻波原理：天线长度与电磁波的波长密切相关。
当天线长度与频率匹配时，电磁波将会在天线内部产生驻波，从而实现能量的传输。
5. 阻抗匹配：在天线系统中，为了最大化能量传输效率，需要实现发射源和天线之间的阻抗匹配。
阻抗不匹配会导致能量反射和损失。
通过对天线的基本原理的了解，人们可以设计和优化天线以满足特定的通信需求。
天线在无线通信、卫星通信、雷达系统等领域中发挥着重要的作用。
一文看懂天线辐射的基本原理
⼀⽂看懂天线辐射的基本原理1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产⽣变化的磁场，⽽变化的磁场⼜产⽣变化的电场。
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辐射出去。
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。
每⼀段流过⾼频电流的导线都会有电磁辐射。
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。
但是他们在不同地⽅需要有不同的功能，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。
2天线在⽆线通信系统中，需要将来⾃发射机的导波能量转变为⽆线电波，或者将⽆线电波转换为导波能量，⽤来辐射和接收⽆线电波的装置称为天线。
电磁波与天线知识点
第一章1.天线的定义：用来辐射和接收无线电波的装置2.天线的作用：3.天线基本辐射单元：电基本振子、磁基本振子、惠更斯元4.电基本振子又称电流元，其辐射场是球面波（等相位面的形状），辐射的是线极化波，传输的波的模式是横电磁波（TEM 波，沿传播方向电场、磁场分量为0）5.媒质波阻抗η 自由空间（120ηπ=Ω） 电基本振子E H θηϕ= 磁基本振子E H ϕθη=-6. 磁基本振子又称磁流元、磁偶极子7. 电基本振子归一化方向函数(,)sin F θϕθ=理想电源归一化方向函数(,)1F θϕ=8.方向图：E 面 H 面9. 电基本振子E 面方向函数()sin E F θθ=，H 面()1H F ϕ=磁基本振子E 面方向函数()1E F θ=，H 面()sin H F ϕϕ=10.方向系数：在同一距离及相同辐射功率条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度（场强的平方）和无方向性天线（点源）的辐射功率密度（场强的平方）之比11.电基本振子D=1.5 半波振子D=1.6412.增益系数：在同一距离及相同输入功率条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度（场强的平方）和无方向性天线（点源）的辐射功率密度（场强的平方）之比13.天线效率：物理意义（表述了天线能量转换的有效程度）14. A G D η=15.天线极化可分为：线极化、圆极化、椭圆极化16.有效长度17.输入阻抗18.频带宽度19.有效接收面积是衡量接收天线接收无线电波能力的重要指标。
20.对称振子中间馈电，极化方式为线极化，辐射场为球面波。
计算输入阻抗采用“等值传输线法”，最终等效成具有一平均特性阻抗的有耗传输线。
对称振子天线振子越粗，平均特性阻抗越小。
21.末端效应：由于对称振子末端具有较大的端面电容，末端电流实际不为零。
22.采用天线阵是为了加强天线的定向辐射能力。
23.方向图乘积定理P2624.水平线天线镜像一定时负镜像；垂直对称线天线正镜像垂直驻波单导线半波正垂直驻波单导线全波负25.无限大理想导电反射面对天线电性能的影响主要有两个方面：对方向性的影响；对阻抗特性的影响26.沿导电平面方向，正镜像始终是最大辐射，负镜像始终是零辐射。
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设计方案涉及到天线的以下四部分：
1、辐射单元（对称振子 or 贴片[阵元]） 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）
反射板
馈电网络
天线罩
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一、 电磁波传播基础知识 二、天线辐射原理 三、天线主要性能参数 四、天线分类
三、天线主要性能参数
天线工作频率
方向图要求---满足特定空间分布要求
空间电 磁波
进得去， 出得来。
二、天线辐射原理
天线的辐射原理
天
线
的 辐
~
射
原
理
二、天线辐射原理
天线半波振子
半波振子是天线的基本辐射单元，波长越长，天线半波振子越大。
1/4 波长 1/4 波长
1/2 波长
半波振子 （电长度）
水平面
垂直面
二、天线辐射原理
半波振子示例：
三、天线主要性能参数
半功率波束宽度：在方向图主瓣范围内，相对最大辐射方向功率密
度下降至一半时的角域宽度，也叫3dB波束宽度。 水平面的半功率波束宽度叫水平面波束宽度；垂直面的半功率波束宽度
叫垂直波束宽度。
3dB 波束宽度 峰值 - 3dB
60° (eg)
峰值 峰值 - 3dB
10dB 波束宽度
峰值 - 10dB
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一、 电磁波传播基础知识 二、天线辐射原理 三、天线主要性能参数 四、天线分类
二、天线辐射原理
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。
能量转化
电缆内高频电流
效率要求---追
天
求高效率
线
功 能
无线电 设备
定向辐射（接收）
随时间变化 随空间变化
一、电磁波传播基础知识
无线电波的传播方向
正交特性；电生磁、磁生电。
一、电磁波传播基础知识
无线电波的波长、频率与传播速度的关系
其中：波长 λ= C/f （式中，C为光速，f为工作频率，λ为波长。）
在相同的介质中，不同频率下，天线的工作波长不同。频率越高，
要点
波长越短。
天线的电性能与电长度（波长）对应。物理长度则需要进行换算。
一、电磁波传播基础知识
圆极化 椭圆极化 线极化 左旋、右旋；垂直、水平
一、电磁波传播基础知识
天线极化：是指电场矢量在空间运动的轨迹。
垂直方式
水平方式
+ 45斜角
- 45斜角
特例：线极化 垂直的、水平的、偏斜的
一、电磁波传播基础知识
双极化天线：由两组正交的辐射单元组成。
1、互补（完备不相关。正交/90度） （规划工作）
一、电磁波传播基础知识
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。无线电波的极化是由电场矢量在空间运动的轨 迹确定的。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，则称为水平极化波。
特例：线极化 垂直的、水平的
2、相当（平衡工作。+45/-45）
（胜任工作）
3、高效（XPD。降低损耗）
（专注工作）
一、电磁波传播基础知识
多径传播:电波在传播过程中，除直接传播外，遇到障碍物（例如，山丘
、森林、地面或楼房等高大建筑物），还会产生反射和绕射。因此，到达 接收天线的电磁波，不仅有直射波，还有反射波，绕射波、透射波，这种 现象就叫多径传输。 由于多径传播使得信号场强分布复杂化，波动很大；也由于多径传输的影 响，会使电波的极化方向发生变化（扭转），因此，有的地方信号场强增 强，有的地方信号场强减弱，另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不 同 。为降低多径传输效应的影响，一般采用空间分集或极化分集来接收。
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。
一般来说，在工作频带宽度内的各个频率点上，天线性能是有差异的。因此， 在相同的指标要求下，工作频带越宽，天线设计难度越大。
三、天线主要性能参数
辐射参数
主瓣； 副瓣； 半功率波束宽度； 增益； 波束下倾角； 前后比； 交叉极化鉴别率； 上旁瓣抑制； 下零点填充；
极化扭转：
一、电磁波传播基础知识
空间分集：单极化天线
极化分集：双极化天线
接 收 信 号 强 度
接收距离
一、电磁波传播基础知识
绕射传播
电波在传播途径上遇到障碍物时，总会力 图绕过障碍物，再向前传播。这种现象叫 做电波的绕射。
信号质量受到影响的程度不仅和接收天线 距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还 和频率有关，频率越高，建筑物越高、越 近，影响越大。相反，频率越低，建筑物 越矮、越远，影响越小。 因此，选择基站场地以及架设天线时，一定要考虑到绕射传播可能产生的 各种不利影响。 （要点：近处、水平/垂直主波束+/-10dB内无遮挡）
120° (eg)
峰值
峰值 - 10dB
三、天线主要性能参数
水平面波束宽度
每个扇区的天线在最大辐射方向偏离±60º时到达覆盖边缘，需要切换到相邻扇 区工作。在±60º的切换角域，方向图电平应该有一个合理的下降。电平下降太多时， 在切换角域附近容易引起覆盖盲区掉话；电平下降太少时，在切换角域附近覆盖产 生重叠，导致相述天线在空间各个方向上所具有的发射 和接收电磁波的能力。一般为三维辐射立体图。
单个辐射单元
多单元阵列
二、天线辐射原理
天线辐射方向图
实际评判中是其转化成的二维平面图形，即水平 面方向图及垂直面方向图。
水平面 垂直面
二、天线辐射原理
天线组成部件
同一款基站天线有多种设计方案来实现。
天线辐射方向图
三、天线主要性能参数
根据天线辐射参数对网络性能影响程度，可分类如下：
对网络的不同影响程度
满足网络覆盖要求的基础指标
天线参数
水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性 垂直面波束宽度及电下倾角度 前后比 增益
能够提升网络通信质量的辅助指标
交叉极化比 上旁瓣抑制
对网络性能有影响的辅助指标
下零点填充 方向图圆度
电磁波传播基本知识和天线基 本原理
京信通信 未来无限延伸
一、 电磁波传播基础知识 二、天线辐射原理 三、天线主要性能参数 四、天线分类
一、电磁波传播基础知识
无线电波的定义
无线电波是一种信号和能量的传播形式，在传播过程中，电场和磁场在空 间中相互垂直，且都垂直于传播方向。
E、H、S 满足右手螺旋
特例： 垂直的线极化