天线与电波传播
天线与电波传播学习体会
天线与电波传播学习体会
随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个人通信主要手段的无线移动通信技术己引起了人们的极大关注，在整个无线通讯系统中，天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其性能的优良对无线通信工程的成败起到重要作用。
快速发展的移动通信系统需要的是小型化、宽频带、多功能（多频段、多极化）、高性能的天线。
微带天线作为天线家祖的重要一员，经过近几十年的发展，已经取得了可喜的进步，在移动终端中采用内置微带天线，不但可以减小天线对于人体的辐射，还可使手机的外形设计多样化，因此内置微带天线将是未来手机天线技术的发展方向之一，但其固有的窄带特性（常规微带天线约为百分之二左右）在很多情况下成了制约其应用的一个瓶颈，因此设计出具有宽频带小型化的微带天线不但具有一定的理论价值而
且具有重要的应用价值，这也成为当前国际天线界研究的热点之一。
天线问题的严格分析是一个电磁场边值型问题，需要根据其边界条件确定麦克斯韦方程的特解。
因此微带天线的严格分析将是非常复杂的，而通常根据微带天线的实际特征做某些方面的假设和近似进而得出分析模型则不失为一种简单有效的处理手段。
由麦克斯韦方程的不同解法发展了多种分析微带天线的解析方法，这里我们主要介绍以下三种模型，它们由于其简单实用而在规则贴片天线的分析中获得了广泛的应用。
天线与电波传播
手持移动电话，工作在30cm波长，可与任 何人通话。
天线的理论基础
最早的天线
马可尼
线天线时期：1930年以前
线天线时期
面天线时期：1930~1945面天线时期：19 Nhomakorabea5~1959
50年代~70年代
70年代以后
天线的作用
天线的作用
天线的作用
天线的功能
天线的辐射机理
E面、H面的具体做法： E面：保持φ一定，改变θ，对F(θ， φ) 描点，连接各点； H面：保持 θ =90°，改变φ ，对F(θ， φ)描点，连接各点； （请画出电基本振子的E面和H面方向图）
电磁波频段
微波简介
微波是无线电波中波长最短，频率最高的波 段。 微波的波长远远小于普通无线电波的波长。 微波的波长范围：
中国对微波的应用：1m ~ 1mm 美国对微波的应用：0.3m ~ 0.3mm
无线电波的传播方式
在实际应用中，不同波段的无线电波的 传播方式和应用领域不同 由于地面、高山、电离层等对各波段无 线电波的吸收、反射、透射等性能的不同， 无线电波在空间的传播通常采用以下三种 方式： 地波传播 天波传播 空间波传播
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半波振子的辐射电阻为 73.1欧，全波振子的辐 射电阻约为200欧
天线的基本电气特性
电流源(电基本振子)
对称振子的辐射场及其方向性
短波主要靠天波传播，电离层对其吸 收小，可经过多次反射传播到很远的地方， 短波传播的最大缺点是不稳定。 短波可用来做各种长、短距离通信。 如无线电广播，电报等
不同波长无线电波的传播方式与 应用
超短波和微波，由于其绕射能力差，又 会穿透电离层，因此不适合地波与天波传 播，只适合空间波传播。由于空间波传播 的距离有限，为增加传播距离，可采用增 高发射天线和接力通信等方式来实现。 超短波和微波主要应用：电视、雷达、 导航等。
北邮微波测量实验+实验总结-(天线与电波传播)
电磁场与微波测量实验实验报告实验名称:班级：姓名：学号：学院：北京邮电大学实验七.天线与电波传播一、 实验目的（1）掌握微波信号发生器及测量放大器的使用方法。
（2）了解水平面接收天线方向性的测量方法。
二、 实验仪器标准信号发生器、选频放大器、喇叭天线、波导调配器、可变衰减器、波导元件。
三、 实验原理及步骤对于辐射波传输方式，最重要的是测试其辐射场幅值分布的方向性，其表征量是天线方向函数及方向图。
1．系统组成图1-1 系统组成原理框图2．喇叭天线工程上常用的喇叭天线是角锥喇叭，原因是其匹配较好而效率接近100%（G ≈D ）。
但是由于其口径场的幅值、相位不是均匀分布，虽然其辐射主向仍是口径面法线方向（波导轴线方向），但是主瓣宽度、方向系数的计算很复杂。
可用以下公式进行估算：E 面（yoz 面）主瓣宽度bE λθ5325.0= （1-1）H 面（xoz 面）主瓣宽度15.0802a H λθ= （1-2）方向系数（最佳尺寸的角锥喇叭）211451.0λπb a D = （1-3）图1-2是角锥喇叭的三维标高方向图。
具体参数喇叭口径1a =5.5λ，1b =2.75λ；波导口径a=0.5λ,b=0.25λ；虚顶点至口径面距离ρ＝2ρ＝6λ。
1 Array图1-2 角锥喇叭的三维标高方向图图1-3为本实验所用喇叭天线示意图：图1-3 实验所用喇叭天线3．测水平面接收天线方向性图1-1为测量喇叭天线方向性的系统组成情况。
测量时改变接收喇叭天线的方位角，可测出喇叭天线水平面的方向性（按接收到信号的强弱）。
严格的测量应在微波暗室中进行，这样可以消除反射波影响。
但在微波段，因其传播方向性较强，而且房屋墙壁吸收较强，地面影响也可略去，因而这样在普通实验室内测量偏差也不很大。
测天线方向图应有专用天线转台，它有精确的角度（水平面方位角，垂直面俯仰角）刻度指示。
本实验主要测水平面即方位方向性。
四、实验内容及数据处理（1）微波天线方向图测试报告旁瓣宽度-3.0db : 26.33 -6.0db : 39.82 -10.0db : 54.30 -15.0db : 225.13五、心得体会本实验即天线与电波传播实验由老师演示，我们只需了解其原理并会分析其数据即可。
天线与电波传播_宋铮_习题答案
金融行业标准管理办法(试行)正文：---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 金融行业标准管理办法（试行）（全国金融标准化技术委员会）第一章总则第一条为有序和高效地开展金融行业标准管理工作，依据《行业标准管理办法》、《全国金融标准化技术委员会章程》及其他有关规定，制定本管理办法。
第二条金融行业标准是对没有国家标准而又需要在金融行业范围内统一的技术要求所制定的标准。
金融业行业标准不得与国家标准相抵触，标准之间应保持协调、统一、不得重复。
金融业行业标准在相应的国家标准实施后，即行废止。
第三条需要在金融行业范围内统一的下列要求，可以制定行业标准：（一）术语、数据元、符号、代码、文件格式等；（二）通信、数据交换与处理、安全等方面的技术要求；（三）产品的技术要求；（四）生产、经营活动中的管理和服务技术要求等；（五）《行业标准管理办法》规定的其他有关内容。
第四条金融行业标准采用以下编号：强制性行业标准：JR ΧΧΧΧ-ΧΧΧΧ；推荐性行业标准：JR/T ΧΧΧΧ-ΧΧΧΧ；指导性技术文件：JR/Z ΧΧΧΧ-ΧΧΧΧ。
第五条标准的全部技术内容需要强制时，为全文强制形式；标准中部分技术内容需要强制时，为条文强制形式。
关于强制性行业标准的具体管理规定按照《行业标准管理办法》、《关于加强强制性标准管理的若干规定》执行。
对于技术尚在发展中，需要有相应的标准文件引导其发展或具有标准化价值，尚不能制定为标准的项目或采用国际标准化组织、国际电工委员会及其他国际组织（包括区域性国际组织）的技术报告的项目可以制定指导性技术文件，指导性技术文件的管理参照《国家标准化指导性技术文件管理规定》执行。
天线与电波传播
智能天线的研究及改进摘要智能天线利用数字信号处理技术,产生空间定向波束,使天线主波束对准期望用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。
智能天线分为两大类切换波束智能天线与自适应阵智能天线。
智能天线技术是第三代移动通信系统的关键技术之一,智能天线技术将会在未来移动通信系统中发挥重要作用。
本文在简要介绍智能天线的基本原理、系统组成的基础上,详细论述了智能天线的自适应算法和技术优势及其在中的应用。
引言随着移动通信产业的高速发展及其用户的飞速增长,市场对移动通信技术的改进和更新提出了更高的要求。
而如何提高无线频谱的使用效率成为近些年来各种新技术所面临解决的核心问题。
第三代移动通信系统是正在全力投入开发的系统,其最基本的特征是智能信号处理技术。
智能信号处理模块将成为它的基本功能模块,实现基于话音业务为主的多媒体数据通信。
目前最典型的智能天线技术是实现移动通信扩大通信容量的关键技术之一。
智能天线技术作为有效解决这一问题的新技术已成功应用于移动通信系统,并通过对无线数字信号的高速时空处理,极大地改善了无线信号的传输,成倍地提高了系统的容量和覆盖范围,从而极大地改善了频谱的使用效率。
1 智能天线的基本概念及组成1.1 智能天线的基本概念智能天线, 即具有一定程度智能性的自适应天线, 由多个天线单元组成, 每一个天线后接一个加权器即乘以某一个系数, 这个系数通常是复数, 既调节幅度又调节相位,而在相控阵雷达中只有相位可调, 最后用相加器进行合并输出, 这种结构的智能天线只能完成空域处理同时具有空域、时域处理能力的智能天线在结构上相对复杂些,每个天线后接的是一个延时抽头加权网结构上与时城均衡器相同。
自适应或智能的主要含义是指这些加权系数可以恰当改变和自适应调整。
上面介绍的是智能天线用作接收天线时的结构,当用它进行发射时结构稍有变化,加权器或加权网络置于天线之前,也没有相加合并器。
《天线与电波传播》PPT课件
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8.1天线基本概念
➢ 二维方向图
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8.1天线基本概念
➢ 三维方向图
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8.1天线基本概念
➢ 波束宽度
✓ 方向图中通常都有两个瓣或多个瓣 ❖ 其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣
✓ 波束宽度：主瓣两半功率点间的夹角 ✓ 又称为半功率（角）波束宽度、3dB波束宽度 ✓ 主瓣波束宽度越窄，方向性越好，抗干扰能力越强 ✓ 经常考虑3dB、10dB波束宽度
✓ 参考天线为半波振子天线:增益用dBd表示 ✓ 同一个天线用dBd和dBi分别表示时的转换关系为：
0dBd=2.14dBi
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8.1天线基本概念
➢ 天线增益
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8.1天线基本概念
– 天线的极化
➢ 平面波按极化可分为线极化波、圆极化波（或椭 圆极化波）
➢ 极化是指在垂直于传播方向的波阵面上，电场强 度矢量端点随时间变化的轨迹
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8.1天线基本概念
✓ 基本电振子、半波振子、全波振子天线的增益
天线类型 基本电振子 半波振子 全波振子
增益(dBi) 1.76 2.14 3.80
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8.1天线基本概念
✓ 几个名词 ❖ 对称振子：两臂长度相等的振子，每臂长度为λ/4 ❖ 全波对称振子：全长与波长相等的振子 ❖ 折合振子：将振子折合起来
✓ 随着长度L的增加，方向图变得比较尖锐 ❖ L≥λ/2时，除了主瓣外还有副瓣 ❖ L=λ时，在垂直于振轴线的方向上没有辐射
✓ λ/2的对称振子在800MHz频段约200mm长；在400MHz 频段约400mm长
移动通信中的电波传播与天线第四讲_电波传播模型.
第5章移动通信系统中的场强预测模型☐场强预测——所谓场强预测是指根据移动通信的不同环境得到通信范围内的场强分布（路径损耗），建立电波传播的模型，以便对通信网进行规划和设计（天线、基站站址、小区半径、频率……）☐传播模式——分为经验模式、半经验或半确定模式、确定性模式。
经验模式是根据大量测量结果统计分析后导出的公式，应用经验模式可以容易和快速地预测路径损耗，不需要有关环境的详细信息，但是不能提供非常精确的路径损耗估算值。
确定性模式是对具体现场环境直接应用电磁场理论进行计算，如射线追踪方法，环境的描述可以从地形地物数据库中得到。
半经验或半确定模式是基于把确定性方法用于一般的市区或室内环境中导出的公式，为了改善半经验或半确定模式和实验结果的一致性，有时需要根据实验结果对公式进行修正，得到的公式是天线周围某个规定特性的函数。
传播环境——蜂窝移动通信的最大特点就是小区制。
小区的大小和范围直接和传播条件有关，可以根据需要选择小区的大小和范围。
移动通信系统中主要采用宏小区、微小区（微蜂窝）和微微小区（微微蜂窝）三种形式。
经验模式或半经验模式对具有均匀特性的宏小区是合适的。
半经验模式还适用于均匀的微小区，在那里模式所考虑的参数能很好的表征整个环境。
确定性模式适合于微小区和微微小区不管它们的形状如何。
确定性模式对宏小区是不能胜任的，因为对这种环境所需的计算机CPU时间使人无法忍受☐四种电波传播模型——电波传播模型是指通过对电波传播的环境进行不同方法的分析后所得到的电波传播的某些规律、结论以及具体方法。
利用电波传播模型不仅可以估算服务区内的场强分布，而且还可以对移动通信网进行规划与设计。
统计模型（Statistical Model）——通过对移动通信服务区内的场强进行实地测量，在大量实测数据中用统计的方法总结出场强中值随频率、距离、天线高度等因数的变化规律并用公式或曲线表示出来。
实验模型（Empirical Model）——通过实验方法得出某些电波传播规律，但不像统计模型那样用公式或曲线表示出来。
天线与电波传播_完整版
§1.1 辅助函数法
在远场区
E jA E jA E jA Er 0
1 j ˆE ˆ A H r r
天线辐射问题分析过程
§1.2 电基本振子
什么是电基本振子？ 一段通有高频电流的直导线，当导线长度远远小于
§1.2 电基本振子
近区场的性质：由于电场和磁场相差90度，故坡印 廷矢量的平均值等于零，这说明无电磁场能量辐射， 称为感应场。 远区场：当 kr 1 时称为远场区，电磁场主要由 kr 的低次幂项决定，故可略去 kr 的高次幂项，得
Er E H r H 0 jkr kI 0l e E j sin 4 r kI 0l e jkr H j sin 4 r
§1.2 电基本振子
电基本振子的场辐射
§1.3 磁基本振子
麦克斯韦电磁理论获得了巨大的成功。电和磁的 对称性问题，至今尚未解决。 电的基本单元是电荷。正负电荷可以分开，自由 电荷能单独存在，因而我们可以引进电荷密度和电 流密度的概念。 磁的基本单元是磁偶极矩，它可以看作是正负磁 荷的组合。然而，正负磁荷却不能分开，自由磁荷 不能单独存在。所以，在电磁理论中我们不能引入 磁荷密度和磁流密度等概念。
天线发展简史
五、2000, 移动/手持天线（Mobile/Hand - held Antenna） 工作于800MHz的手持蜂窝电话天线随处可见。 从马可尼时代直到20世纪40年代，天线主要是以 导线为辐射单元，工作频率也提高到UHF。 进入二战期间，随着1GHz以上微波源（如调速 管、磁控管）的发明，天线开始了一个新的纪元。 波导口径天线、喇叭天线和反射面天线等如雨后春 笋般出现。
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8.1天线基本概念
基本电振子、半波振子、全波振子天线的增益
天线类型 基本电振子
增益(dBi) 1.76
半波振子 全波振子
2.14 3.80
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8.1天线基本概念
天线阵列辐射
为加强某一方向的辐射强度，常把几副天线摆在一起 构成天线阵 天线阵根据其排列可分为直线阵、平面阵和立体阵 天线阵的辐射特性主要取决于：阵元数、阵元的空间 位置、阵元电流振幅分布、阵元电流相位分布 主要考虑均匀直线式天线阵：各阵元天线以相等的间 距排列成一直线，电流大小相等、相位以均匀比例递 增或递减
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8.1天线基本概念
二维方向图
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三维方向图
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8.1天线基本概念
波束宽度
方向图中通常都有两个瓣或多个瓣 其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣 波束宽度：主瓣两半功率点间的夹角 又称为半功率（角）波束宽度、3dB波束宽度 主瓣波束宽度越窄，方向性越好，抗干扰能力越强 经常考虑3dB、10dB波束宽度
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8.1天线基本概念
对称振子组阵控制辐射能量构成“扁平的面包圈”
把信号集中到所需要的地方 例：设一个对称振子天线在接收机中有1mW的功率，由 4个对称振子构成的天线阵的接收机就有4mW的功率， 天线增益为10log(4mW/1mW)=6dBd
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8.1天线基本概念
利用反射板可把辐射能量控制聚焦到一个方向， 反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线
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8.1天线基本概念
天线的极化示意图
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8.1天线基本概念
天线的极化方向：天线辐射的电磁场的电场方向 基站天线一般采用的都是垂直放置的线极化天线
为改善接收性能和减少基站天线数，基站天线开始用 双极化天线，既能收发水平极化波，又能收发垂直极 化波
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8.1天线基本概念
天线的带宽 用来描述天线处于良好的工作状态下的频率范围 工作带宽可根据天线的方向图特性、输入阻抗或 电压驻波比的要求确定 通常带宽定义为：天线增益下降3dB时的频带宽 度，或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：当天线的输入驻波比≤1.5时， 天线的工作带宽 天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降
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8.1天线基本概念
天线增益
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8.1天线基本概念
天线的极化 平面波按极化可分为线极化波、圆极化波（或椭 圆极化波） 极化是指在垂直于传播方向的波阵面上，电场强 度矢量端点随时间变化的轨迹
如轨迹为直线，该平面波就是线极化波 线极化波可分为垂直线极化波和水平线极化波； 还有±45°倾斜的极化波 如轨迹为圆或椭圆，就是圆极化波或椭圆极化波
值的预测 系统均衡
难点
天线的基本特性 电波传播衰耗特性的数字特征 任意地形、地物情况下电波传播衰耗中值的预测
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第8章 天线与电波传播
目的和要求
了解天线的基本特性、类型 掌握自由空间传输衰耗、OM模型及电波传播衰耗
中值的计算方法 了解电波传播电路计算
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8.1天线基本概念
第8章 天线与电波传播
内容
天线的基本特性、基站天线的类型、天线的下倾、
智能天线及天线的辐射功率 表征电波传播衰耗特性的数字特征、OM模型概念 任意地形、地物衰耗场强中值和信号中值的预测 电波传播电路的计算、覆盖设计
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第8章 天线与电波传播
重点
自由空间传播衰耗 OM模型及任意地形、地物情况下电波传播衰耗中
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8.1天线基本概念
波束宽度示意图
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8.1天线基本概念
前后比
天线方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比 前后比值越大，天线定向接收性能就越好 基本半波振子天线的前后比为，对来自振子前后 的相同信号电波具有相同的接收能力 以dB表示的前后比=10log前向功率/反向功率 典型值为25dB左右，有一个尽可能小的反向功率
进一步提高了增益 例：扇形覆盖天线与单个对称振子相比的增益为 10log(8mW/1mW)=9dBd
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8.1天线基本概念
基本电振子
无限小的线电流元，即其长度L远小于波长λ 基本电振子的辐射是有方向性的
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8.1天线基本概念
电对称振子
最简单的天线是对称振子 由两段同样粗细和长度为L的直导线构成，在天线中间 的两个端点之间馈电 半波振子天线长度与波长的关系可表示为2L=λ/2 全波振子天线长度与波长的关系为2L=λ
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8.1天线基本概念
几个名词 对称振子：两臂长度相等的振子，每臂长度为λ/4 全波对称振子：全长与波长相等的振子 折合振子：将振子折合起来 随着长度L的增加，方向图变得比较尖锐 L≥λ/2时，除了主瓣外还有副瓣 L=λ时，在垂直于振轴线的方向上没有辐射 λ/2的对称振子在800MHz频段约200mm长；在400MHz 频段约400mm长
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8.1天线基本概念
天线的增益 天线功率增益表示在某特定方向上能量集中能力 天线增益指在相同输入功率下，天线在最大辐射 方向上某点产生的辐射功率密度和将其用参考天 线替代后在同一点产生的辐射功率密度之比
参考天线为全方向性天线(在所有方向上辐射功率密度 都均匀相同)：增益用dBi表示 参考天线为半波振子天线:增益用dBd表示 同一个天线用dBd和dBi分别表示时的转换关系为： 0dBd=2.14dBi
天线基本特性
天线的方向性 指天线向一定方向辐射电磁波的能力
对接收天线表示天线对来自不同方向的电波的接收能 力
方向图
天线方向的选择性常用方向图来表示 辐射方向图：以天线为球心的等半径球面上，相对场 强随坐标变量θ和φ变化的图形 工程设计中一般使用二维方向图 无线网络优化中需使用三维方向图
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8.1天线基本概念
例：天线的频带宽度=890-820=70MHz
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8.1天线基本概念
天线的辐射特性 导线载有交变电流时，可形成电磁波辐射
辐射的能力与导线的长短和形状有关
能产生显著辐射的直导线称为振子
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8.1天线基本概念
天线的功能就是控制辐射能量的去向 一个单一的对称振子具有“面包圈”形的方向图