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天线的基础知识

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1.天线工作原理

当导线载有交变电流,且导线长度增大到与波长相比拟时,能形成较强的电磁波辐射,这样的直导线称为振子。两臂长度相等,每臂长为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子是半波对称振子,它是经典且应用广泛的天线,可单独使用或作为馈源,也能组成天线阵。

2.天线电性能参数

方向图:用于描述天线在空间各个方向上发射或接收电磁波的能力,一个单一的半波对称振子具有平放的 “面包圈” 形立体方向图,可切割成 E 面和 H 面方向图。通过多个对称振子组阵或利用反射板,能控制辐射方向,增强方向性。

工作频段天线工作频段必须与所设计系统的频段相对应,从降低带外干扰信号角度,带宽刚好满足频带要求即可。

输入阻抗天线输入阻抗是馈电端输入电压与输入电流的比值,最佳情况是输入阻抗为纯电阻且等于馈线特性阻抗,此时无功率反射和驻波。匹配优劣可用反射系数、行波系数、驻波比和回波损耗衡量,移动通信天线输入阻抗一般为 50Ω 。

电压驻波比与回波损耗电压驻波比(VSWR)是行波系数的倒数,

驻波比与回波损耗 :
VSWR= 1−∣Γ∣/1+∣Γ∣,RL (dB)=−20log∣Γ∣
 当VSWR=1.5时,回波损耗≈14dB。
增益转换 :半波振子增益为0dBd(2.15dBi)。
在 1 到无穷大之间,驻波比为 1 表示完全匹配,在移动通信系统中一般要求小于 1.5,实际应用中应小于 1.3;回波损耗是反射系数绝对值的倒数,以分贝值表示,在 0dB 到无穷大之间,越大表示匹配越好,移动通信系统中一般要求大于 14dB。


极化方式无线电波的电场方向为电波的极化方向,单极化天线多采用垂直极化,双极化天线多采用 +45° 双极化。

天线分集方式包括空间分集和极化分集。空间分集要求两个接收天线间隔距离 ;极化分集使用 45° 双极化天线,两个相互垂直的 45° 极化有较好分集接收能力。

增益:在输入功率相等条件下,实际天线与理想辐射单元在空间同一点处信号功率密度之比,定量描述天线集中辐射程度。方向图主瓣越窄、副瓣越小,增益越高,常用单位有 dBd 和 dBi,(dBi = dBd + 2.15)。

波束宽度:在主瓣最大辐射方向两侧,辐射强度降低 3dB(功率密度降低一半)的两点间夹角为波瓣宽度(3dB 宽度),还有辐射强度降低 10dB(功率密度降至十分之一)的 10dB 波瓣宽度。波瓣宽度越窄,方向性越好。全向天线水平波瓣宽度为 360°,定向天线水平波瓣宽度有多种,常用 65°、90°;垂直波瓣宽度一般在 3 - 80° 之间,基站多采用 5° - 18° 的天线。

下倾角:天线下倾方式有机械下倾和电下倾。机械下倾价格便宜,多用于下倾角度小于 10° 的环境;电下倾价格较贵,下倾角度范围大,下倾角度较大时天线方向图无明显畸变 。城区站点、较高站点等特定环境适合采用电下倾天线。

前后比:主瓣最大值与后瓣最大值之比,一般要求为 25dB。

上旁瓣抑制与零点填充:天线主瓣上面的旁瓣应抑制,主瓣上面的第一旁瓣电平应小于 - 18dB;主瓣下面的旁瓣需对周围区域有效覆盖,主瓣下面的第一零点电平应大于 - 20dB。

功率容量与三阶互调:一般天线功率容量范围 25 - 1500W,基站天线功率容量应大于 200W。

天线口隔离度:理想的极化完全隔离不存在。

3.天线机械参数

尺寸与重量:天线尺寸包括长、宽、厚,长与垂直波瓣、增益、波长有关,宽与水平波瓣、波长有关,厚与所采用的天线技术有关,重量影响运输和施工。

天线罩材料:常用 PVC、ABS、fiberglass 等,需具备防晒、防冻、防盐雾、阻燃、抗老化等性能。

天线抱杆与防雷:天线需防雷,金属件直流到地。


    

来源:射频通信链
通信电场材料控制
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首次发布时间:2025-07-29
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匹诺曹
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