第5-3常用天线ppt课件

1、1.3 天线方向性的讨论天线方向性的讨论 1.3.1 天线方向性天线方向性 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，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。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垂直放置的半波对称振子具有平放的振子具有平放的 “面包圈面包圈” 形的立体方向图图形的立体方向图图1.3.1 a）。）。 立体方向图虽立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，然立体感强，但绘制困难， 图图1.3.1 b 与图与图1.3.1 c 给出了它的两个主平面给出了它的两个主平面方向图，平面

2、方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图方向图，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。可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。1.3 天线方向性的讨论天线方向性的讨论 1.3.1 天线方向性天线方向性 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，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。基本

3、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垂直放置的半波对称振子具有平放的振子具有平放的 “面包圈面包圈” 形的立体方向图图形的立体方向图图1.3.1 a）。）。 立体方向图虽立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，然立体感强，但绘制困难， 图图1.3.1 b 与图与图1.3.1 c 给出了它的两个主平面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

4、1.3.1 c 可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。天线的基本知识天线的基本知识图图1.3.1 c 水平面方向图水平面方向图对称振子的方向图对称振子的方向图 水平面方向图水平面方向图垂直面方向图垂直面方向图立体方向图立体方向图若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生“扁平的面包圈扁平的面包圈” ，把信号进一步集中到在水平面方向上。增强方向性把信号进一步集中到在水平面方向上。增强方向性 垂直四元阵边射阵时的立体方向图和垂直垂直四元阵边射阵时的立体方向图和垂直E面方向图。面方向图。垂直面方向图垂直面方向图立体方

5、向图立体方向图5.6 5.6 常用天线常用天线镜像原理镜像原理+-+-+-+-地面地面无限大接地面无限大接地面垂直于地面或导电平面架设的天线。垂直于地面或导电平面架设的天线。地面或导电平面的影响可用镜像原理来考虑。地面或导电平面的影响可用镜像原理来考虑。直立振子天线monopole对于半波对称振子，对于半波对称振子，D=1.64对于直立振子，对于直立振子，D=3.28 (只在上半空间辐射只在上半空间辐射)MonopoleDipol宽带振子天线宽带振子天线电小天线假设天线的高度为假设天线的高度为h，对于电小天线，对于电小天线 则天线的等效高度约为则天线的等效高度约为h2ehh 因此其效率很低。因

6、此其效率很低。由于电小天线的辐射电阻很小由于电小天线的辐射电阻很小22040hRplS骣=桫如对于波长为如对于波长为450m，天线为，天线为15m时，天线的效率为时，天线的效率为0.4%3D其方向系数其方向系数提高电小天线的效率的方法提高电小天线的效率的方法加载：目的是提高天线上的加载：目的是提高天线上的电流分布，增加天线的效率电流分布，增加天线的效率电感加载：电感加载：电容加载：电容加载：螺旋天线宽频带线天线对数螺旋天线对数螺旋天线对数周期天线对数周期天线引向天线 引向器引向器反射器反射器有源振子有源振子该天线具有较强的方向性。该天线具有较强的方向性。一般先取有一般先取有68个引向器，一个反

7、射器。个引向器，一个反射器。面天线惠更斯惠更斯-菲涅尔原理：（经典光学围绕振荡源作一菲涅尔原理：（经典光学围绕振荡源作一封闭面，封闭面外任一点封闭面，封闭面外任一点M处的场可认为是，将封闭处的场可认为是，将封闭面上每一点都看作为新的振荡源，每个小振荡源在点面上每一点都看作为新的振荡源，每个小振荡源在点M处产生的振荡的总和构成了点处产生的振荡的总和构成了点M处的场。处的场。 电磁波：空间任意一点电磁波：空间任意一点M处的场，是包围天线的封处的场，是包围天线的封闭曲面上各点的电磁扰动产生的次辐射在点闭曲面上各点的电磁扰动产生的次辐射在点M处迭处迭加的结果。加的结果。 M对于天线在对于天线在M点所产

8、生的场即为点所产生的场即为天线口面在天线口面在M点产生场之和。点产生场之和。先求每个面元的辐射先求每个面元的辐射场，再在整个口面上场，再在整个口面上进行积分，求得整个进行积分，求得整个口面的辐射场。口面的辐射场。1 n HJ面元上的磁场等效为电基本振子面元上的磁场等效为电基本振子 面元上的电场等效为磁基本振子面元上的电场等效为磁基本振子1mn EJJ JJmJm等效面元及其坐标等效面元及其坐标喇叭天线口面越大，天线的主瓣越窄。口面越大，天线的主瓣越窄。 ,D则24SDS其方向系数为：其方向系数为： 最大电场在口面的法线方向上；最大电场在口面的法线方向上； 口面辐射的口面辐射的FSLL和和v取决

9、于口面场分布，如取决于口面场分布，如 均匀，均匀，FSLL高，口面利用系数高，口面利用系数v大，但与口大，但与口面尺寸无关；面尺寸无关； 口面分布一定时口面电尺寸越大，主瓣越窄口面分布一定时口面电尺寸越大，主瓣越窄成正比），方向系数成正比），方向系数D越大。越大。 抛物面天线5.5G系列切割栅状抛物系列切割栅状抛物面天线抛物面采用栅面天线抛物面采用栅状结构，一是为了减轻状结构，一是为了减轻天线的重量，二是为了天线的重量，二是为了减少风的阻力）减少风的阻力）5.8GHz抛物面天线抛物面天线 方向性方向性由场的由场的0.707处可得主瓣宽度及旁瓣电平：处可得主瓣宽度及旁瓣电平： )(4 .2226

10、5)(214. 123dBFSLLaadB弧度实际上由于：实际上由于：加工误差；照射器为非理想点源；加工误差；照射器为非理想点源；有遮挡；抛物面天线为非闭合面；有遮挡；抛物面天线为非闭合面；-主瓣变宽，旁瓣电平提高主瓣变宽，旁瓣电平提高)()1916(2)8070(23dBFSLLadB 方向系数方向系数对于抛物面的口面对于抛物面的口面方向性系数为：方向性系数为： gSvvSD221244式中式中v1v1为口面利用系数，为口面利用系数， 口面电场均匀分口面电场均匀分布时为布时为1 1， v2 v2为抛物面天线的截获系数。为抛物面天线的截获系数。 为方向系数因素为方向系数因素11v 1 2gvv

11、 最佳照射：最佳照射：在得到较为均匀的口面场分布，同时又保证功率在得到较为均匀的口面场分布，同时又保证功率溢失不大，使抛物面天线方向系数因素溢失不大，使抛物面天线方向系数因素g达到最大达到最大值的工作状态为最佳照射。值的工作状态为最佳照射。 83.0maxg由此反推，可知照射器指向口面边缘方向上的归由此反推，可知照射器指向口面边缘方向上的归一化方向函数接近于一化方向函数接近于-10dB。 抛物面天线的最佳方向性系数：抛物面天线的最佳方向性系数： 83.042SD实际抛物面天线的方向系数：实际抛物面天线的方向系数： )5 . 035. 0(42SD 其增益：其增益： DDGA微带天线基站天线移动通信基站天线要求：移动通信基站天线要求：1天线应尽量架高；天线应尽量架高；2天线采用垂直极化；天线采用垂直极化；3顶点激励，扇形天线顶点激励，扇形天线 中心激励，全向天线中心激励，全向天线4高增益天线；高增益天线；5天线与馈线尽量匹配。天线与馈线尽量匹配。基站天线智能基站天线智能基站天线灵通王智能天线灵通王智能天线智能天线智能天线智能天线采用数字信号处理技术判断用户信智能天线采用数字信号处理技术判断用户信号到达方向即号到达方向即DOA估计），并在此方向形估计），并在此方向形成天线主波束，他根据用户信号的不同空间成天线主波