吴通天线技术交流

1、天线技术交流天线技术交流苏州市吴通天线有限公司苏州市吴通天线有限公司主要内容主要内容1.天线的基本概念；天线的基本概念；2.天线的主要性能参数；天线的主要性能参数；3.测试设备和测试方法；测试设备和测试方法；4.终端天线及设备设计中应注意的问题；终端天线及设备设计中应注意的问题；5.板状天线及设备设计中应注意的问题；板状天线及设备设计中应注意的问题；1、天线的基本概念、天线的基本概念l天线的基本定义和辐射原理天线的定义天线的定义 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。 能量转换导行波和自由空间波的转换； 定向辐射（接收）具有一定的方向性。天线的辐射

2、原理：1、天线的基本概念、天线的基本概念l半波振子根据根据C（光速）（光速）=f（频率）（频率）（波长）（波长） 得出波长与频率成反比得出波长与频率成反比频率越低，波长越长，天线越大1/4 1/4 波长波长1/4 1/4 波长波长1/2 1/2 波长波长半波振子半波振子波长波长1/2 1/2 波长波长半波振子是天线的基本辐射单元2、天线的主要性能参数、天线的主要性能参数l2.1、天线的方向性系数和增益；、天线的方向性系数和增益；l2.2、天线的驻波；、天线的驻波；l2.3、电压驻波比、反射系数及回波损耗之间的换算；、电压驻波比、反射系数及回波损耗之间的换算；l2.4、天线的极化；、天线的极化；

3、l2.5、天线的方向图；、天线的方向图；2.1、天线的方向性系数和增益、天线的方向性系数和增益2.1、天线的方向性系数和增益、天线的方向性系数和增益l天线的方向特性可以用方向图来描述，通常以方向性系数表天线的方向特性可以用方向图来描述，通常以方向性系数表示天线辐射电磁波能量的集中程度。其定义是：示天线辐射电磁波能量的集中程度。其定义是：在在同样的辐射功率同样的辐射功率时，时，有方向性天线有方向性天线在最大辐射方向远区某点的在最大辐射方向远区某点的功率通量密度（单位面积上通过的电场功率，正比于电场强度的功率通量密度（单位面积上通过的电场功率，正比于电场强度的平方）与平方）与无方向性天线无方向性天

4、线在在该点该点的的功率通量密度之比功率通量密度之比，用于描述天，用于描述天线在特定方向上的能力集中的程度，用线在特定方向上的能力集中的程度，用D来表示。来表示。注：无方向性天线，通常指点源各向同性天线，其方向图为球形。注：无方向性天线，通常指点源各向同性天线，其方向图为球形。2.1、天线的方向性系数和增益、天线的方向性系数和增益l天线的增益：天线的增益：G=D其中，其中，和和D分别是该天线的效率和方向性系数，对于驻波良好的分别是该天线的效率和方向性系数，对于驻波良好的天线天线接近接近1，可以认为天线的增益与天线的方向性系数在数值上，可以认为天线的增益与天线的方向性系数在数值上是相等的。是相等的

5、。l当用点源天线作为标准时，说得到的增益往往被称为天线的绝当用点源天线作为标准时，说得到的增益往往被称为天线的绝对增益用对增益用dBi表示；表示；l当用半波振子作为标准时，所得到的增益被称为天线的相对增当用半波振子作为标准时，所得到的增益被称为天线的相对增益，用益，用dBd表示，两者相差表示，两者相差2.15dB（1.64倍）倍）l即：即：dBi-dBd=2.15dBl思考：增益和方向性系数的区别？思考：增益和方向性系数的区别？2.1、天线的方向性系数和增益、天线的方向性系数和增益l板状天线或高增益天线是否需要考虑测试中的效率问题？l测试场的种类：1、小型测试场；（远场测试&近场测试）

6、可以进行3D测试2、大型测试场；通常无法进行3D测试，测试固定的面但是测试步进等指标要远远优于小型测试场。3、紧缩场等。l效率是评判手机内低增益天线性能的指标，在实际测试中是基于理论模型进行计算得到的值，对于板状天线和高增益天线目前还没有有效的理论模型。l板状天线的测试需要满足远场条件。 水平面波束宽度水平面波束宽度 = 360 垂直面波束宽度垂直面波束宽度= 78 水平面水平面H H面面垂直面垂直面E E面面立体图立体图方向图象一个“汽车轮胎”半波振子半波振子2.1、天线的方向性系数和增益、天线的方向性系数和增益将“轮胎”压扁，信号就越集中，增益就越高，天线尺寸就越大。 增益、方向图和天线尺

7、寸之关系增益、方向图和天线尺寸之关系2.1、天线的方向性系数和增益、天线的方向性系数和增益将“轮胎”压扁，信号就越集中，增益就越高，天线尺寸就越大。 增益、方向图和天线尺寸之关系增益、方向图和天线尺寸之关系2.1、天线的方向性系数和增益、天线的方向性系数和增益增益增益-dBi波束宽度波束宽度-deg辐射振子长度辐射振子长度-mm27545538100720210天线增益估算log(n)10GainGainGainGainarray单元天线增益的几个要点天线是无源器件，不能产生能量。天线增益只是将能量有效集中向某特定方向辐射或接受电磁波的能力。天线的增益由振子叠加而产生。增益越高，天线长度越长。

8、天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。增益、方向图和天线尺寸之关系增益、方向图和天线尺寸之关系2.1、天线的方向性系数和增益、天线的方向性系数和增益2.1、天线的方向性系数和增益、天线的方向性系数和增益Point ValuesAnt. Port Input Pwr. (dBm)Tot. Rad. Pwr. (dBm)Peak EIRP (dBm)Directivity (dBi)Efficiency (dB)Efficiency (%)Gain (dBi)Frequency (MHz)24000-1.083875.044216.12809-1.0838777.91355.044212

9、4100-1.027365.206666.23402-1.0273678.9345.2066624200-0.938625.394996.33361-0.9386280.56345.3949924300-0.82725.573796.40099-0.827282.6575.5737924400-0.799515.641546.44104-0.7995183.18585.6415424500-0.732825.746516.47933-0.7328284.4735.7465124600-0.603455.856496.45994-0.6034587.02715.8564924700-0.5985

10、25.789796.38832-0.5985287.1265.7897924800-0.604535.862636.46717-0.6045387.00555.8626324900-0.563095.779526.34261-0.5630987.83975.7795225000-0.731565.615816.34738-0.7315684.49745.615812.1、天线的方向性系数和增益、天线的方向性系数和增益2.4GGain (dBi)-146-10-6-22XYZAzimuth = 0.0Elevation = 0.0Roll = 0.02.45GGain (dBi)-146-10-

11、6-22XYZAzimuth = 0.0Elevation = 0.0Roll = 0.0X to YGain (dBi)Angle (degree)Scale: 5/divMin: -30Max: 1001803021060240902701203001503302400 MHz2450 MHz2500 MHzX to ZGain (dBi)Angle (degree)Scale: 5/divMin: -30Max: 1001803021060240902701203001503302400 MHz2450 MHz2500 MHz2.2、天线的驻波、天线的驻波l天线的主要功能：天线的主要功能

12、：是有效的将传输线送来的高频传导电流转变为空是有效的将传输线送来的高频传导电流转变为空间的电磁波间的电磁波或者反过来将空间的电磁波转变为传输线中的信或者反过来将空间的电磁波转变为传输线中的信号功率号功率2.2、天线的驻波、天线的驻波l移动通信系统中，常用的馈线特性阻抗是：移动通信系统中，常用的馈线特性阻抗是：50因此，常用的天线因此，常用的天线特性阻抗特性阻抗也必须是也必须是50；但是由于天线是频变器件及天线特性随着频率但是由于天线是频变器件及天线特性随着频率变化的特性比较明显，必须有一个指标来描述变化的特性比较明显，必须有一个指标来描述天线阻抗和特性阻抗偏离程度。天线阻抗和特性阻抗偏离程度。

13、2.2、天线的驻波、天线的驻波l实际上对阻抗的偏差要规定一个容限，其表示方法是驻波比，实际上对阻抗的偏差要规定一个容限，其表示方法是驻波比，驻波比即用来描述相当于标称值的偏差程度。驻波比即用来描述相当于标称值的偏差程度。l驻波比也即电压驻波比，简写为驻波比也即电压驻波比，简写为VSWR，它定义为该端点上，它定义为该端点上电电压最大值与电压最小值之比压最大值与电压最小值之比，显然，电压最大值为入射波与反，显然，电压最大值为入射波与反射波之复数模相加，而电压最小值为入射波和反射波的复数模射波之复数模相加，而电压最小值为入射波和反射波的复数模相减。相减。l通常，工程上要求天线的通常，工程上要求天线的

14、VSWR2，部分多频和宽频带天线需，部分多频和宽频带天线需要放宽驻波指标。要放宽驻波指标。2.2、天线的驻波、天线的驻波2.3、电压驻波比、反射系数和回波损耗间的换、电压驻波比、反射系数和回波损耗间的换算算l由于天线和传输线之间的阻抗存在匹配，因此，存在反射波，由于天线和传输线之间的阻抗存在匹配，因此，存在反射波，反射波与入射波之比反射波与入射波之比称为反射系数称为反射系数，为一复数。为一复数。l电压驻波比电压驻波比VSWR和反射系数和反射系数之间的关系为：之间的关系为：l反射系数复模的对数分贝值即回波损耗反射系数复模的对数分贝值即回波损耗RL2.3、电压驻波比、反射系数和回波损耗间的换、电压

15、驻波比、反射系数和回波损耗间的换算算l反射系数复模的平方即为反射功率比反射系数复模的平方即为反射功率比2.3、电压驻波比、反射系数和回波损耗间的换、电压驻波比、反射系数和回波损耗间的换算算2.3、电压驻波比、反射系数和回波损耗间的换、电压驻波比、反射系数和回波损耗间的换算算2.4、天线极化、天线极化l“极化极化”是指电场强度矢量在空间运动的轨迹或变化的状态。是指电场强度矢量在空间运动的轨迹或变化的状态。通常电场强度矢量末端在空间的运动轨迹是一个椭圆，所以我通常电场强度矢量末端在空间的运动轨迹是一个椭圆，所以我们定义这种天线的极化为椭圆极化。们定义这种天线的极化为椭圆极化。l特殊情况当特殊情况当

16、x向和向和y向的电场强度矢量等幅同相是电场末端轨迹向的电场强度矢量等幅同相是电场末端轨迹为圆，称为圆极化。当电场强度矢量等幅反向是电场末端轨迹为圆，称为圆极化。当电场强度矢量等幅反向是电场末端轨迹为线，称为线极化。为线，称为线极化。2.4、天线极化、天线极化l当线极化的方向与地面垂直时，称为垂直极化。在通信系统中，当线极化的方向与地面垂直时，称为垂直极化。在通信系统中，天线通常采用垂直极化。天线通常采用垂直极化。垂直方式垂直方式水平方式水平方式+ 45+ 45斜角斜角- 45- 45斜角斜角2.5、天线的方向图、天线的方向图辐射参数:主瓣；副瓣；半功率波束宽度；前后比；交叉极化鉴别率；增益；上

17、旁瓣抑制；下零点填充；波束下倾角；3.测试设备和测试方法测试设备和测试方法l电性能测试：方向图、增益和效率测试；有源测试；驻波、回波损耗测试；插损测试（射频线）；l可靠性测试3.测试设备和测试方法测试设备和测试方法l方向图、增益和效率测试方向图、增益和效率测试需要用到微波暗室，可以测量参数包括：1、增益；2、方向性系数；3、效率；4、TRP；5、TIS。3.测试设备和测试方法测试设备和测试方法l驻波、回波损耗、插入损耗（射频线）测试网络分析仪测试方法：1、设置机器工作频段，并校准；2、将天线或射频线端口和网络分析仪端口连接；3、读取仪器数据。3.测试设备和测试方法测试设备和测试方法l可靠性测试

18、包括拉力测试压力测试扭力测试跌落测试高低温循环测试烟雾霉变测试主要操作按照仪器的操作规则进行，在此不再赘述。4、终端天线及设备设计中应注意的问题、终端天线及设备设计中应注意的问题l4.1 终端天线的分类和性能对比；l4.2 终端天线指标的意义；l4.3 终端天线应用中应注意的问题；l4.4 终端天线和终端电路的连接方式；l4.5 终端天线的一般选型原则。4.1、终端、终端天线的分类和性能天线的分类和性能对比对比传统的终端天线可以根据天线所处的位置分为外置天线和内置天线两大类，终端天线按传统的天线单元形式可分为：单极天线螺旋天线PCB天线贴片天线缝隙天线IFA天线和倒L天线PIFA其中前三种一般

19、是外置天线，后面的几种是内置天线。4.1、终端天线的分类和性能对比终端天线的分类和性能对比螺旋天线PCB天线4.1、终端天线的分类和性能对比终端天线的分类和性能对比PIFA天线微带天线4.1、终端天线的分类和性能对比终端天线的分类和性能对比 天线类型天线类型 外置天线内置天线内置天线 单 极子天线螺旋天线P C B 天线P I F A天线贴片天线缝隙天线 价格价格比较比较拉 杆天 线 价 格比较贵。价格便宜价 格 便宜价格便宜很少用很少用 电 性电 性能比较能比较外置天线的驻波比可以做到2，增益可以做到0-1dBi。内置天线，驻波比就比较差了。一般在6左右。增益了可做到0-1dBi。 用 途用

20、 途比较比较目前，终端上外置天线，螺旋天线目前，终端上外置天线，螺旋天线是主流，主要的原因是可以降低天线的是主流，主要的原因是可以降低天线的尺寸。尺寸。而而PCB的天线的天线使用的也是越来越使用的也是越来越多多。终端上的内置天线，终端上的内置天线，PIFA是现在使是现在使用得最多的一种内置天线。主要是体积用得最多的一种内置天线。主要是体积小，增益高，带宽比较宽。小，增益高，带宽比较宽。 4.2、终端、终端天线指标的天线指标的意义意义1、电压驻波比电压驻波比 对天线的辐射效率，天线的带内增益波动，天线前对天线的辐射效率，天线的带内增益波动，天线前端的功率容量有很大的影响，太大会影响击穿功率。端的

21、功率容量有很大的影响，太大会影响击穿功率。通常通常VSWR5mm； 最好天线周围的地打上地孔保证地的完整性最好天线周围的地打上地孔保证地的完整性。4.3、终端天线应用中应注意的问题终端天线应用中应注意的问题 4.3.2导电体对天线特性的导电体对天线特性的影响影响（内置）（内置）Dual bandTriple bandW *L 30*20 mm, H 6 mm W *L 30*25 mm, H 7 mm 天线需要最小的体积结构工程师应该根据这样的数据进行结构设计。才能够满足天线的性能要求。对于PCB布线的要求，馈电点位置的要求与外置螺旋天线相同。不同的地方在于PIFA天线有一个距离PCB的高度的

22、要求。对于双频天线，要求至少大于6mm。对于三频天线，要求至少大于7mm。结构工程师应该特别注意。4.4、终端天线和终端电路的终端天线和终端电路的连接方式连接方式1 卡接式卡式天线的模具费用要贵一些，但是大批量的加工成本两者之间相当。所以是否选用卡式天线，主要考虑工业设计方面。2 螺纹连接式螺纹连接方式为普通的连接方式，主要问题是连接效率低，这是最基本的连接方式。3 插接式如爱立信的终端天线的连接方式，其还可分为两种：1 带有导向的插入方式，2 无导向的插入方式。4 触点焊接式 内置天线一般采用此种形式，内置天线的触点直接焊接到电路板上即可。4.5、终端、终端天线的一般选型天线的一般选型原则原则根据天线频率：根据天线频率：频率低时，建议选择外置天线，因为内置天线需要较大的面积，从而对终端结构和设计提出较严的要求，导致终端设计困难。4.5、终端天线的一般选型原则、终端天线的一般选型