微波天线培训资料2017

1、微波天微波天线线培培训资训资料料ZHANG TIEJUN什么是微波？什么是微波？300M-3000GHz频率范围内的电磁波。频率范围内的电磁波。微波微波LFMFHFVHFUHFSHFEHF 10Km10Km1Km1Km100m100m10m10m1m1m10cm10cm1cm1cm1mm1mmf f30KHz30KHz 300KHz300KHz 3MHz3MHz 30MHz30MHz 300MHz300MHz 3GHz3GHz 30GHz30GHz 300GHz300GHz红外线可见光MicrowaveZHANG TIEJUN什么是微波？什么是微波？ZHANG TIEJUN什么是微波？什么是微

2、波？应用领域应用领域通信通信雷达雷达环保科学环保科学电磁能应用电磁能应用生物电磁学生物电磁学射电天文射电天文ZHANG TIEJUN什么是通信？什么是通信？定义：定义：狭义：指人与人或人与自然之间狭义：指人与人或人与自然之间 通过某种行为或媒介通过某种行为或媒介 进行的信息交流与传递进行的信息交流与传递广义：指需要信息的双方或多方广义：指需要信息的双方或多方 在不违背各自意愿的情况下在不违背各自意愿的情况下 无论采用何种方法，使用何种煤质无论采用何种方法，使用何种煤质 将信息从某方准确安全传送到另一方将信息从某方准确安全传送到另一方ZHANG TIEJUN什么是通信？什么是通信？形体时代口语时

3、代文字书写时代印刷时代1044年，毕升发明活字印刷术。年，毕升发明活字印刷术。 1450年，日耳曼人古腾堡发明年，日耳曼人古腾堡发明 金属活字印刷术。金属活字印刷术。发展简史ZHANG TIEJUN什么是通信？什么是通信？1955年，美国发行了第一部军用电子计算机。年，美国发行了第一部军用电子计算机。1969年，美军建立阿帕网（年，美军建立阿帕网（ARPANET）1983年，美国国防部将阿帕网分为军网和民年，美国国防部将阿帕网分为军网和民 网，渐渐扩大为今天的互联网。网，渐渐扩大为今天的互联网。 1993年，美国宣布兴建信息高速通路计划，年，美国宣布兴建信息高速通路计划， 整合电脑、电话、电视

4、媒体。整合电脑、电话、电视媒体。1837年，美国人摩斯发明电报机。年，美国人摩斯发明电报机。 1857年，横跨大西洋海底电报电缆完成。年，横跨大西洋海底电报电缆完成。 1875年，贝尔发明史上第一支电话。年，贝尔发明史上第一支电话。 1895年，俄国人波波夫和意大利人马可尼年，俄国人波波夫和意大利人马可尼 同时成功研制了无线电接收机。同时成功研制了无线电接收机。 1920年代，收音机问世。年代，收音机问世。1920年代，英国人贝尔德成功进行了电视画年代，英国人贝尔德成功进行了电视画 面的传送，被誉为电视发明人。面的传送，被誉为电视发明人。 1962年，年， 美国发射第一颗人造卫星，美国发射第一

5、颗人造卫星， 开启电视卫星传送的时代。开启电视卫星传送的时代。 电报时代电话时代电视时代网络时代发展简史ZHANG TIEJUN微波通信微波通信 利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离不需要固体介质不需要固体介质两点间直线距离内无障碍两点间直线距离内无障碍微波通信微波通信国家通信网的一种重要通信手段国家通信网的一种重要通信手段普遍适用于各种专用通信网普遍适用于各种专用通信网定义定义使用微波进使用微波进行的通信行的通信ZHANG TIEJUN微波通信微波通信微波通信微波接力通信卫卫星通信对对流层层散射通信空间间通信移动动通信（工作

6、于微波频频段）ZHANG TIEJUN微波接力通信微波接力通信一跳：两个系统连接使用形成最小通信系统收发特性 收信频率高于发信频率的微波站为高站(N) 收信频率低于发信频率的微波站为低站(P)ZHANG TIEJUN微波接力通信微波接力通信合路器中频电缆IDUODU天线微波通信系统由微波发信机、收信微波通信系统由微波发信机、收信机、天馈线系统、多路复用设备及机、天馈线系统、多路复用设备及用户终端设备等组成的通信系统。用户终端设备等组成的通信系统。ZHANG TIEJUN天线基础天线基础有效地辐射和接收无线电波的装置，称为天线。有效地辐射和接收无线电波的装置，称为天线。无线电发射机输出的射频信号

7、功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由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（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。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。B B l la ah h blahb l a hblahZHANG TIEJUN天线基础天线基础电磁波的传播电场电场电场电场电场电场振子振子电波传输方向电波传输方向磁场磁场磁场磁场ZHANG TIEJUN天线基础天线基础接收天线发射天线可逆性互易原理ZHANG

8、 TIEJUN天线基础天线基础1.发射天线发射天线2.接收天线接收天线1.线天线线天线2.面天线面天线1.超长波天线超长波天线2.长波天线长波天线3.中波天线中波天线4.短波天线短波天线5.超短波天线超短波天线6.微波天线微波天线1.通信天线通信天线2.广播天线广播天线3.电视天线电视天线4.雷达天线雷达天线工作性质结构形式 工作波长 用途 天线天线ZHANG TIEJUN天线基础天线基础电性能参数 工作频段增益 方向图 水平、垂直波瓣3dB宽度 下倾角前后比 旁瓣抑制与零点填充 输入阻抗驻波比 极化方式 天线口隔离机械参数 尺寸 重量 外观颜色 工作温度 存储温度风载 迎风面积接头型式 包装

9、尺寸 天线抱杆 防雷天线参数天线参数ZHANG TIEJUN天线基础天线基础Wavelength1/2 Wavelength 1900MHz ：166mm 800MHz ：333mm 两臂长度相等的振子叫做对称振子。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，称半波对称振子半波对称振子天线基础半波振子（天线基础半波振子（Dipoles）1/4 Wavelength1/4 Wavelength1/2 WavelengthDipoleZHANG TIEJUN天线基础天线基础1个个 dipole 接收功率(re

10、ceived power)：1mWMultiple dipole matrixReceived power：4 mWGAIN= 10log(4mW/1mW) = 6dBd半波振子（半波振子（Dipoles）辐射图辐射图ZHANG TIEJUN天线基础天线基础天线方向图（天线方向图（Pattern）ZHANG TIEJUN天线基础天线基础天线增益天线增益注意：天线只是无源传输器件，不能放大能量！注意：天线只是无源传输器件，不能放大能量！增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功理想的辐射单元在空间同一点处所

11、产生的信号的功率密度之比。率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。越窄，副瓣越小，增益越高。半波振子半波振子理想点源（无耗均匀辐射器）理想点源（无耗均匀辐射器）eg: 0dBd = 2.15dBi2.15dBZHANG TIEJUN天线基础天线基础天线增益天线增益与方向图的关系全向天线增益与垂直波瓣宽度方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。ZHANG TIEJUN天线基础天线基础定向天

12、线增益vdBi vs. dBdPLAN VIEWisotropicdipoledB Gainref Dipole (dBD)dB Gainref isotropic (dBi)0dBi(ref)0dBD(ref)定向天线定向天线ZHANG TIEJUN天线基础天线基础120 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB10dB Beamwidth60 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB3dB Beamwidth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。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

13、称为副瓣或旁瓣。在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB3 dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称为波瓣宽度（又称 波束宽度波束宽度 或或 主瓣宽度主瓣宽度 或或 半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，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。作用距离越远，抗干扰能力越强。 还有一种波瓣宽度，即还有一种波瓣宽度，即 10dB10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低 10dB 10dB （功率（功率密度降至十分之一）密度

14、降至十分之一） 的两个点间的夹角的两个点间的夹角波束宽度（波束宽度（Beamwidth）ZHANG TIEJUN天线基础天线基础前后比前后比方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为 F / B 。前后比越。前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小。前后比大，天线的后向辐射（或接收）越小。前后比F / B 的计算十分简的计算十分简单单- F / B = 10 Lg （前向功率密度）（前向功率密度） /（ 后向功率密度）后向功率密度）后向功率后向功率前向功率前向功率ZHANG TIEJUN天线基础天线基础输入阻抗输入阻抗Impedance反射系数驻波比行

15、波系数回波损耗匹配匹配天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与电流的比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与电流的比值。天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率发射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓，天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电这时馈线终端没有功率发射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓，天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。一般天线的输入

16、阻抗是一般天线的输入阻抗是50欧。欧。ZHANG TIEJUN天线基础天线基础输入阻抗输入阻抗Impedance匹配和失配例电缆电缆 50 ohms 天线天线 50 ohms 80 ohmsZHANG TIEJUN天线基础天线基础80 ohms50 ohmsForwarda: 10WReturn Loss： 10log(10/0.5) = 13dBVSWR (Voltage Standing Wave Ratio)回波损耗回波损耗 Return Loss回波损耗：回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。回波损耗的值在0dB 到无穷大之间，回波损耗越小表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配

17、越好。0表示全反射，无穷大表示完全匹配。对于微波天线，一般要求回波损耗大于17.7dB。Backward: 0.5W9.5 WZHANG TIEJUN天线基础天线基础电压驻波比（电压驻波比（VSWR）否则就会有反否则就会有反射波产生，流射波产生，流向信号源向信号源微波传输线的阻微波传输线的阻抗必须与天线的抗必须与天线的输入阻抗匹配输入阻抗匹配由反射波和入射由反射波和入射波合成而产生的波合成而产生的称为驻波称为驻波驻波信号振幅驻波信号振幅的最大值与最的最大值与最小值之比称为小值之比称为电压驻波比电压驻波比VSWR它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表

18、示全反射，完全失配。对于微波天线，一般要求驻波比小于1.3。ZHANG TIEJUN天线基础天线基础 天线极化方式（天线极化方式（Polarization）垂直极化垂直极化水平极化水平极化+ 45倾斜极化倾斜极化- 45倾斜极化倾斜极化极化是指电磁波在传播的过程中，其电场矢量的方向和幅极化是指电磁波在传播的过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变化的状态。接收天线的极化方向只有同被接收度随时间变化的状态。接收天线的极化方向只有同被接收的电磁波的极化形式一致时，才能有效地接收到信号。的电磁波的极化形式一致时，才能有效地接收到信号。ZHANG TIEJUN天线基础天线基础V/H (Vertical/

19、Horizontal)Slant (+/- 45)双极化天线双极化天线ZHANG TIEJUN天线基础天线基础天线口隔离天线口隔离1000mW ( 1W)1mW10log(1000mW/1mW) = 30dB理想的极化完全隔离是没有的。馈送到一种极化的天线中去的信号多少总会有那么理想的极化完全隔离是没有的。馈送到一种极化的天线中去的信号多少总会有那么一点点在另外一种极化的天线中出现。一点点在另外一种极化的天线中出现。例如下图例如下图所示的双极化天线中，设输入垂直极化天线的功率为所示的双极化天线中，设输入垂直极化天线的功率为1W1W，结果在水平极化，结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为天线

20、的输出端测得的输出功率为 1mW1mW，则隔离度为，则隔离度为30dB.30dB.ZHANG TIEJUN天线基础天线基础工作频段工作频段v以以15GHz为例：为例：v 选用选用14.4015.35GHz天线。天线。v 工作带宽工作带宽15.3514.400.95GHZ v 中心中心频率频率=（15.35+14.40）/2 v =14.875GHZ v v 绝对带宽绝对带宽=工作带宽工作带宽v 相对带宽相对带宽=绝对带宽绝对带宽/中心频率中心频率*100%ZHANG TIEJUN天线基础天线基础天线罩材料天线罩材料PVC, ABS, fiberglass等防晒、防冻，防盐雾，阻燃，抗老化等ZH

21、ANG TIEJUN天线基础天线基础天线外观颜色天线外观颜色Good-looking, environment-protectingZHANG TIEJUN天线基础天线基础伪装天线伪装天线ZHANG TIEJUN天线基础天线基础伪装天线伪装天线ZHANG TIEJUN微波天线微波天线 天天线线微波天微波天线线微波抛物面天微波抛物面天线线微波面天微波面天线线 微波天微波天线线 非微波天非微波天线线 微波微波线线天天线线 微波面天微波面天线线 微波平板天微波平板天线线 微波抛物面天微波抛物面天线线 其他形式的微波面天其他形式的微波面天线线 微波微波标标准抛物面天准抛物面天线线微波非微波非标标准抛物面天准抛物面天线线Z