射频基础知识培训02

1、研发十一部 吴磊课程目标熟悉和掌握射频基本概熟悉和掌握射频基本概念和知识念和知识参考资料 无线通信技术课程内容第一章第一章 课程回顾课程回顾第二第二章章 无线电波的基本知识无线电波的基本知识第三章第三章 天线的基本知识天线的基本知识第四章第四章 传输线的基本知识传输线的基本知识第一章 课程回顾 何谓无线通信？ WIFI工作频段？该频段属于哪一波段？ 简述WIFI的电磁波传播方式及其特点。第一章 课程回顾利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式称之为无线电通信（ Wireless Communication ），也称之为无线通信。WIFI工作频段： 24122483.5MHz (802

2、.11b/g/n)， 57255850MHz (802.11a) ，属于微波波段。WIFI电磁波传播方式为微波传播，微波的传播类似于光波的传播，是一种视距传播。第一章 课程回顾1、计算1 mW= ? dBm 1 W= ? dBW1 mV= ? dBmV 1 uV= ? dBuV30 dBm= ? W 0 dBm+0 dBm= ? 27 dBm+ 27dBm= ? 2、功率提高到原来的一倍，相当于提高了多少dB？提高到原来的2倍呢？10倍呢？3、功率提高1dB，相当于提高到原来的多少倍，提高2dB、3dB、4dB、5dB、10dB呢？4、电压提高到原来的1倍，相当于提高了多少dB？第一章 课程回

3、顾第一章 课程回顾若以1W为基准功率，功率为P时，对应的电平为10 log（P/1W），单位记为dBW（分贝瓦）。例如:功率为1W时电平为:10log（1W/1W）=0dBW；功率为 100W时电平为:10log（100W/1W）=20dBW；功率为100mW时，对应的电平为:10log（100mW/1W）=-10dBW。第一章 课程回顾以1mW为基准功率时，则功率为P时对应的电平为10lg（P/1mW），单位记为dBmW（分贝毫瓦）。例如:功率为1W时，电平为: 10log（1W/1mW）=30dBm；功率为1mW时，电平为:10log（1mW/1W）=0dBm；功率为1uW时，电平为:10

4、log（1uW/1mW）= -30dBm；第一章 课程回顾第一章 课程回顾第一章 课程回顾 相对功率的dB表示射频信号的相对功率常用dB和dBc两种形式表示，其区别在于：dB是任意两个功率的比值的对数表示形式，而dBc是某一频点输出功率和载频输出功率的比值的对数表示形式。第一章 课程回顾dBWdBWdBmdBmdBmVdBmVdBVdBVdBWdBW0+30+78.75+138.75dBmdBm-300+48.75+108.75dBmVdBmV-78.75-48.750+60dBVdBV-138.75-108.75-600第一章 课程回顾阻挡电流通过的物体或物质，从而把电能转化为热能或其它形式

5、的能量，单位：欧姆，电位或电位差，单位：伏特，单位时间内通过电路上某一确定点的电荷数，单位：安培，线圈环绕着的东西，通常是导线，由于电磁感应的原因，线圈可产生电动势能，单位：亨利，一个充电的绝缘导电物体潜在具有的最大电荷率课程内容第一章第一章 课程回顾课程回顾第二第二章章 无线电波的基本知识无线电波的基本知识第三章第三章 天线的基本知识天线的基本知识第四章第四章 传输线的基本知识传输线的基本知识17第二章第二章无线电波无线电波的基本知识的基本知识18 无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于场和磁场

6、在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。传播方向。1920 无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波平极化波。 21 无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质无线电波和光波一样，它的传播速

7、度和传播媒质有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用公里秒表示。在媒质中的传播用公里秒表示。在媒质中的传播速度为：速度为：/，式中，式中为传播媒质的相对为传播媒质的相对介电常数。空气的相对介电常数与真空的相对介电常介电常数。空气的相对介电常数与真空的相对介电常数很接近，略大于。数很接近，略大于。 因此，无线电波在因此，无线电波在空气中的传播速度略空气中的传播速度略小于光速，通常我们小于光速，通常我们就认为它等于光速。就认为它等于光速。22直射直射直射是无线电波在自由空间传播的方式。反射反射当电磁波遇到比波长大得多的物体时，就会发生反射。反射

8、常发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。绕射（衍射）绕射（衍射）波在传播时，若被一个大小接近于或小于波长的物体阻挡，就绕过这个物体，继续进行。散射散射散射就是由于介质中存在的微小粒子（异质体）或者分子对电磁波的作用，使电磁波偏离原来的传播方向而向四周传播的现象。 234132图示：直射波 反射波 绕射（衍射）波224自由空间的传播损耗自由空间自由空间是一个理想的空间，在自由空间中，电波沿直线传播而不被吸收，也不发生反射、折射、绕射和散射等现象。在下图所示的自由空间中，设在原点0有一辐射源，均匀地向各方向辐射，辐射功率为Pt。能量均匀地分布在以0点为球心，d为半径的球面上。已知球面的表面积为4d2

9、，因此，在球面单位面积上的功率应为Pt/4d2。若接收天线所能接收的在效面积为A=2/4，则接收机输入功率为：P0= （Pt/4d2） *（2/4）= Pt*（/4d）2 通常定义发射功率与接收功率的比值为传播衰耗。所以自由空间的衰耗值Lbs为：Lbs= P0/Pt=（4d/） 在工程上，传播衰耗常用分贝来表示，即： Lbs=10lg（4d/）2=20 lg（4d/） 若距离d的单位为公里（Km），并将波长换算成相对应的频率f，则当f的单位为兆赫（MHz），上面的公式可改写为:Lbs（dB）=32.45+20lgd（Km）+20lgf（MHz ） 从以上公式可以看出，自由空间的传播损耗只与工作

10、频率与传播距离有关。25自由空间的传播损耗自由空间损耗与距离的关系自由空间损耗与距离的关系26 该关系可用式 / 表示， 其中： 为速度，单位为m/s； 为频率，单位为Hz； 为波长，单位为m。 由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不 同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。 波长波长27 无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同。目前wlan使用的频段属于微波。 微波的视距传播 微波的频率很高，波长较短，它的地面波衰减很快。因此也不能依靠地面波作较远距离的传播，它主要是由空间波来传播的。空间波一般只能沿直线方向传播到直接可见的地方。在直视距离内超短波的传播区域习惯上称为“照明

11、区”。在直视距离内超短波接收装置才能稳定地接收信号。28多径效应多径效应无线电波无线电波在传播过程中会遇到各种各样的建筑物、树木、植被以及起在传播过程中会遇到各种各样的建筑物、树木、植被以及起伏的地形，会引起电波的反射、散射和绕射等。伏的地形，会引起电波的反射、散射和绕射等。29阴影效应阴影效应 有大型建筑物和其他物体的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区有大型建筑物和其他物体的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区的现象。的现象。电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕过障碍物，再电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕过障碍物，再向前传播。这种现象叫做电波的绕射。超短波的绕射能力较弱，在高向前传播。

12、这种现象叫做电波的绕射。超短波的绕射能力较弱，在高大建筑物后面会形成所谓的大建筑物后面会形成所谓的“阴影区阴影区”。信号质量受到影响的程度不。信号质量受到影响的程度不仅和接收天线距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还和频率有关。仅和接收天线距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还和频率有关。 例如一个建筑物的高度为米，在距建筑物米处接收的信号质量几乎不受影响，但在距建筑物米处，接收信号场强将比无高搂时明显减弱。这时，如果接收的是兆赫的电视信号，接收信号场强比无高搂时减弱分贝，当接收兆赫的电视信号时，接收信号场强将比无高搂时减弱分贝。如果建筑物的高度增加到米时，则在距建筑物米以内，接收信号的场强都将受

13、到影响，因而有不同程度的减弱。也就是说，频率也就是说，频率越高，建筑物越高、越近，影响越大。相反，频率越低，建筑物越矮、越高，建筑物越高、越近，影响越大。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响越小。越远，影响越小。 30多普勒效应多普勒效应由于接收的移动用户高速运动而引起传播速率的扩散而引起的，其扩由于接收的移动用户高速运动而引起传播速率的扩散而引起的，其扩散程度与用户运动的速度成正比。散程度与用户运动的速度成正比。课程内容第一章第一章 课程回顾课程回顾第二第二章章 无线电波的基本知识无线电波的基本知识第三章第三章 天线的基本知识天线的基本知识第四章第四章 传输线的基本知识传输线的基本知识32

14、第三章第三章 天线天线的的基本知识基本知识33B B l la ah h blahb l a hblah 把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间间. 收集无线电波并产生电信号收集无线电波并产生电信号34 天线的作用作用就是将传输线中的高频电磁能转化为自由空间的电磁波，或反之将自由空间的电磁波转化为传输线中的高频电磁能。 了解天线的相关性能，必须掌握自由空间中的电磁波相关知识及高频传输的相关知识。35 导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关.如果导线位置如由于两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎

15、可以抵消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱. 当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。 36 同轴线变化为天线同轴线变化为天线37 天线可视为一个四端网络38 两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分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。全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。之一波长。全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。 将振子折合起来的，称为折

16、合振子。将振子折合起来的，称为折合振子。波长波长1/2波长波长 一个一个1/2波长的对称振子在波长的对称振子在800MHz 约约 200mm长长 400MHz 约约 400mm 长长1/4波长波长1/4波长波长1/2波长波长振子振子39 半波振子上的场分布半波振子上的场分布40垂直极化垂直极化水平极化水平极化+ 45度倾斜的极化度倾斜的极化- 45度倾斜的极化度倾斜的极化 天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向向41V/H (垂直垂直/水平水平)倾斜倾斜 (+/- 45) 传输两个独立的波，两个天线为一个整体。传输两个独立的波，两个天线为一个整体

17、。双极化天线42 如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆极化波。如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们就叫它为圆极旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆极化波，反时针方化波。向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。向旋转的叫做左旋圆极化波。垂直极化波要用具有垂直极化特性的天垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收；水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收；右旋圆线来接收；水平极化波要用具有水平极化特性的天线

18、来接收；右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收；而左旋圆极化波要用极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收；而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收具有左旋圆极化特性的天线来接收。圆极化波43 当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程 中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波 ，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生分贝的极化损失，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生分贝的极化损失， 即只能接收到来波的一半能量；即只能

19、接收到来波的一半能量； 当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来波的极化当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来波的极化 方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时，接收天线也就完全接方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时，接收天线也就完全接 收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。 44 隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极化中出 现的比例。 1000mW (即即1W)1mW在这种情况下的隔离为在这种情况下的隔离为10log(1000mW/1mW) = 30dB45 天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的

20、能力。天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。 对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的 电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常 用方向图来表示用方向图来表示. . 方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发 射或接收电磁波的能力。射或接收电磁波的能力。 46 天线辐射电磁波是有方向性的，它表示天线向一天线辐射电磁波是有方向性的，它表示天线向一定方面辐射电磁波的能力。反之，作为接收天线的方向定方面辐射电磁波的能力。反之，作为

21、接收天线的方向性表示了它接收不同方向来的电磁波的能力。我们通常性表示了它接收不同方向来的电磁波的能力。我们通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向辐射（或接收）用垂直平面及水平平面上表示不同方向辐射（或接收）电磁波功率大小的曲线来表示天线的方向性，并称为天电磁波功率大小的曲线来表示天线的方向性，并称为天线辐射的方向图。同时用半功率点之间的夹角表示了天线辐射的方向图。同时用半功率点之间的夹角表示了天线方向图中的水平波束宽度及垂直波束宽度。线方向图中的水平波束宽度及垂直波束宽度。 47顶视顶视侧视侧视 在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要 求把求把

22、“面包圈面包圈” 压成扁平的压成扁平的 一个单一的对称振子具有一个单一的对称振子具有“面包圈面包圈” ” 形的方向图。形的方向图。4860 (eg)峰值峰值 - 3dB点点 - 3dB点点3dB 波束宽度波束宽度水平面方向图水平面方向图峰值峰值- 3dB点点- 3dB点点15 (eg)垂直面方向图垂直面方向图立体方向图立体方向图49下旁瓣抑制下旁瓣抑制上旁瓣抑制上旁瓣抑制50垂直方向图垂直方向图51 无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频 率范围内工作的，通常，工作在中心频率时天线所能输率范围内工作的，通常，工作在中心频率时天线所能输 送的

23、功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减 小，据此可定义天线的频率带宽。小，据此可定义天线的频率带宽。 有几种不同的定义：有几种不同的定义： 一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度；一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度； 一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。 我们一般是我们一般是按后一种定义的按后一种定义的，通常来说，对于民用设，通常来说，对于民用设备备，就是当天线的输入驻波比，就是当天线的输入驻波比1.51.5时时，天线的工作带宽。，天线的工作带宽。52如图天线如图天线在在 2450MH

24、z 将是最佳的将是最佳的该天线的频带宽度该天线的频带宽度 = 2500 - 2400 = 100MHz 当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降，在当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降，在天线工作频带内，天线性能下降不多，仍然是可以接受天线工作频带内，天线性能下降不多，仍然是可以接受的。的。在在 2450MHz 1/2 波长波长振子最佳振子最佳在在 2500MHz天线振子天线振子在在2400MHz53电性能参数电性能参数Electrical properties54天线驻波比天线驻波比表示天线 与收发射机匹配程度的指标。驻波比的定义驻波比的定义：在不匹配的情况下, 馈线上同时存在入射波和反

25、射波。在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅max ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅min ，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比，记为 VSWR Umax馈线上波腹电压； Umin馈线上波节电压。ZA天线B馈线AZiABZinTZcUmaxUUmin55是由于入射波能量传输到天线输入端未被全部吸收产生反射波，迭加而形成的。VSWR越大，反射越大，匹配越差。那么，驻波比差，到底有哪些坏处？在工程上可以接受的 驻波比是多少？一个适当的驻波比指标是要在损

26、失能量的数量与制造成本之间进行折中权衡的。 1、VSWR1，说明输进天线的功率有一部分被反射回来，从而降低了天线的辐射功率； 2、增大了馈线的损耗。有了反射功率，就增大了能量损耗，从而降低了馈线向天线的输入功率； 3、在馈线输入端，失配严重时，发射机的输出功率达不到设计额定值。 56 经过计算，驻波比对天线反射功率、所增大的馈线损耗与完全匹配（VSWR=1）时相比，所减小的总辐射功率的关系如下： VSWR=3.0VSWR=3.0时时，天线反射25%的功率（1.25dB），馈线新增损耗0.9dB，与完全匹配（VSRW=1）相比，功率多损失40%(2.15dB)； VSWR=1.5VSWR=1.5

27、时时，天线反射4%的功率（0.17dB），馈线新增损耗0.19dB，与完全匹配（VSWR=1）相比，功率多损失8%(0.36dB)； VSWR=1.4VSWR=1.4时时，天线反射2.8%的功率（0.12dB），馈线新增损耗0.09dB，与完全匹配（VSWR=1）相比，功率多损失4.7%(0.21dB)； VSWR=1.3VSWR=1.3时时，天线反射1.7%的功率（0.07dB），馈线新增损耗0.06dB，与完全匹配（VSWR=1）相比，功率多损失2.9%(0.13dB)。 可见，VSWR=1.3VSWR=1.3与与VSWR=1.5VSWR=1.5相比相比，功率损失仅减少了功率损失仅减少了0

28、.23dB0.23dB，这在移动通信的衰落传播中，影响基本可以忽略影响基本可以忽略。然而天线的制造成本却高得多。 57 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场强的平方 之比，即功率之比。增益一般与天线方向图有关，方 向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。G（ 、 ）=4 U（ 、 ）/PA 单位单位：dBi58一个单一对称振子具有面包一个单一对称振子具有面包圈形的方向图辐射圈形的方向图辐射一个各向同性的辐射器在所一个各向同性的辐射器在所有方向具有相同的辐射有方向具有相同的辐射一个天线与对称振子相比较一个天线与对称振子相比较的增益的增益用用“dBd”

29、表示表示一个天线与各向同性辐射器一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用相比较的增益用“dBi”表示表示例如例如: 3dBd = 5.17dBi2.17dB 对称振子的增益为对称振子的增益为2.17dB 59在这儿增益在这儿增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd一个对称台振子一个对称台振子假设在接收机中假设在接收机中有1mW功率功率 在阵中有在阵中有4个对称振子个对称振子 在接收机中就在接收机中就有4 mW功率功率 更加集中的信号更加集中的信号对称振子组阵能够控制辐射能构成“扁平的面包圈”对称振子60 在我们的在我们的“扇形覆盖天线扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提

30、高了增益。中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。这里这里, “扇形覆盖天线扇形覆盖天线” 与单个对称振子相比的增益为与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW) = 9dBd “扇形覆盖天线扇形覆盖天线 ”将在接收机中有将在接收机中有8mW功率功率 “全向阵全向阵” 例如在接收机中为例如在接收机中为4mW功率功率 (顶视)天线天线 利用反射板可把辐射能控制聚集到一个方向上，反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线。反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线。定向天线61 天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压与信号天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比，

31、称为天线的输入阻抗。输入阻抗有电阻分量和电抗分电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗有电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率。量。输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。 输入阻抗与天线的结构和工作波长有关，基本半波振子，即由输入阻抗与天线的结构和工作波长有关，基本半波振子，即由中间对称馈电的半波长导线，其输入阻抗为（中间对称馈电的半波长导线，其输入阻抗为（73.173.142.542.5）欧）欧姆。当把振子长度缩短时，就可以消除其

32、中的电抗分姆。当把振子长度缩短时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻，即使半波振子的输入阻抗为量，使天线的输入阻抗为纯电阻，即使半波振子的输入阻抗为73.173.1欧（标称欧（标称7575欧）。欧）。 而全长约为一个波长，且折合弯成形管形状由中间对称馈而全长约为一个波长，且折合弯成形管形状由中间对称馈电的折合半波振子，可看成是两个基本半波振子的并联，而输入电的折合半波振子，可看成是两个基本半波振子的并联，而输入阻抗为基本半波振子输入阻抗的四倍，即阻抗为基本半波振子输入阻抗的四倍，即292292欧（标称欧（标称300300欧）。欧）。62以以dB表示的前后比表示的前后比 = 10

33、 log 典型值为典型值为 25dB 左右左右目的是有一个尽可能小的反向功率目的是有一个尽可能小的反向功率(前向功率前向功率)(反向功率反向功率) 方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比。它大，天方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比。它大，天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为，线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为，所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。前向功率前向功率反向功率反向功率63方位即水平面方向图120 (eg)峰值峰值 - 10dB点点 - 10dB点点10dB 波束宽度波束宽度60 (eg)峰值峰

34、值 - 3dB点点 - 3dB点点3dB 波束宽度波束宽度15 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB32 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB俯仰面即垂直面方向图 在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在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。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。好，抗干扰能力越强。64水平波瓣

35、3dB宽度定向天线：65/90/105/120 全向天线：36065 一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增益一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增益越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可用下式越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可用下式近似表示：近似表示： HEdBiG5.05.02227000log10HEdBiG5.05.02232000log10反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，故：反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，故：6667 全向天线增益与垂直波瓣宽全向天线增益与垂直波瓣宽度度68 为使波束指向朝向地面，需要天线下倾无下倾无下倾电下倾电下倾机械下倾机械下倾

36、由图可以看出机械下倾方法。当下倾角度达到10时，水平方向图严重变形，必然产生越区覆盖；而电下倾时，水平方向图基本保持不变。 696 电下倾电下倾+ 4 机械下倾机械下倾10机械下倾机械下倾10电下倾电下倾70 天线波束下倾的作用天线波束下倾的作用 控制覆盖 减小交调 电下倾的实现方式电下倾的实现方式 右图7172天线辐射的水平波束宽度决定了天线辐射的电磁波天线辐射的水平波束宽度决定了天线辐射的电磁波 水平覆盖的范围水平覆盖的范围 天线垂直波束宽度决定了传输距离及纵向覆盖。天线垂直波束宽度决定了传输距离及纵向覆盖。730。、rFZD 由抛物反射面的几何关由抛物反射面的几何关系可得反射面的方程为：

37、系可得反射面的方程为：在直角坐标中在直角坐标中r24F(FZ) 在极坐标中在极坐标中 F/cos2( /2)式中式中F是焦距；是焦距；D是直径；是直径； 是焦点到反射面的距离；是焦点到反射面的距离； 是 与 是 与 Z 轴 的 夹 角 。轴 的 夹 角 。反射面的半张角反射面的半张角 0 0与与F/DF/D的的关系为：关系为：DFTan41210 抛物面天线的简单几何关系抛物面天线的简单几何关系74馈源主反射面副反射面反射面馈源反射面馈源副反射面馈源主反射面 按馈源的馈电位置可分为前馈和后馈，其中每一种又可分为正馈和按馈源的馈电位置可分为前馈和后馈，其中每一种又可分为正馈和偏馈。偏馈。 按反射

38、面的设置还可分为单反射面天线和双反射面天线，双反射面按反射面的设置还可分为单反射面天线和双反射面天线，双反射面天线由一次（主）反射面和二次（副）反射面组成。天线由一次（主）反射面和二次（副）反射面组成。几种常用的反射面天线75 反射面天线的增益和瓣宽与天线馈源的方向图形状有关，与它反射面天线的增益和瓣宽与天线馈源的方向图形状有关，与它对反射面边缘的照射电平有关。如果馈源对反射面的照射是均匀的对反射面边缘的照射电平有关。如果馈源对反射面的照射是均匀的天线增益就高，但同时天线的旁瓣也高，抗干扰性能就差。通常情天线增益就高，但同时天线的旁瓣也高，抗干扰性能就差。通常情况下，馈源照射呈钟形分布。考虑增

39、益和旁瓣要求，在反射面边缘况下，馈源照射呈钟形分布。考虑增益和旁瓣要求，在反射面边缘的照射电平一般取的照射电平一般取-10-12dB. 口面直径为口面直径为D 的抛物反射面天线的增益和主瓣宽度可用下列公的抛物反射面天线的增益和主瓣宽度可用下列公式近似计算：式近似计算： 增益增益 主瓣宽度主瓣宽度2DG度D705 .0抛物面天线的增益与瓣宽76 它的工作带宽主要取决于馈源的工作带宽。极化方式也取决于它的工作带宽主要取决于馈源的工作带宽。极化方式也取决于馈源，当采用圆极化馈源时，对单反射面天线其极化旋向与馈源极馈源，当采用圆极化馈源时，对单反射面天线其极化旋向与馈源极化旋向相反，对双反射面天线其极

40、化旋向与馈源极化旋向相同。对化旋向相反，对双反射面天线其极化旋向与馈源极化旋向相同。对于单线极化应用，可采用与馈源极化方向一致的栅格反射面替代实于单线极化应用，可采用与馈源极化方向一致的栅格反射面替代实体反射面。栅格的间距与工作频率和栅格导体直径有关。体反射面。栅格的间距与工作频率和栅格导体直径有关。 抛物面天线原形是建立在几何光学基础上的。通常反射面直径、抛物面天线原形是建立在几何光学基础上的。通常反射面直径、至少要在至少要在6 以上。例如在以上。例如在1GHz采用抛物面天线其直径至少就要采用抛物面天线其直径至少就要1.8m。因此它主要适用于超短波高频段和微波频段。以天线口径为。因此它主要适

41、用于超短波高频段和微波频段。以天线口径为50cm，工作频率为，工作频率为11GHz 的抛物面天线为例，其增益约为的抛物面天线为例，其增益约为 G 32.2dB33.3dB，半功率瓣宽，半功率瓣宽 0.5 3.8度度 在这种情况下，在在这种情况下，在10公里距离上架设的该种天线波束对准偏离公里距离上架设的该种天线波束对准偏离目标方向目标方向1.9度，即偏开度，即偏开330米时，信号强度就将降低米时，信号强度就将降低3dB. 由此也可看出，在工作频率为由此也可看出，在工作频率为11GHz时，其收发天线的调整对时，其收发天线的调整对准要比工作频率为准要比工作频率为1GHz时难得多。时难得多。抛物面天

42、线的带宽77 折合振子天线如下图所示。折合振子是天线的一种基本形式，折合振子天线如下图所示。折合振子是天线的一种基本形式，也是构成多单元天线的核心。也是构成多单元天线的核心。 折合振子天线可由金属管弯折而成，弯折后相当于两个半波振折合振子天线可由金属管弯折而成，弯折后相当于两个半波振子两端相接，中间平行。中间距子两端相接，中间平行。中间距s一般取一般取0.020.03，一般约为，一般约为30100mm。开口长度。开口长度l取取3050mm，UHF波段取波段取20mm左右。左右。 折合振子的特性阻抗约为折合振子的特性阻抗约为292，对地平衡输出。中心点为零电，对地平衡输出。中心点为零电位，所以可

43、用通过中心点的螺钉将这种天线固定在金属杆或其他支撑位，所以可用通过中心点的螺钉将这种天线固定在金属杆或其他支撑物上，即使支撑物接大地也不影响其接收性能。物上，即使支撑物接大地也不影响其接收性能。 折合振子天线具有双方向性，接收位置与接收信号强度的关系折合振子天线具有双方向性，接收位置与接收信号强度的关系与半波振子相同。与半波振子相同。折合振子介绍78它它是由一个有源振子即馈电振子和若干个无源振子组成，所有的振子是由一个有源振子即馈电振子和若干个无源振子组成，所有的振子都平行配置在同一个平面上，其中用一支撑杆固定。有源振子可以是都平行配置在同一个平面上，其中用一支撑杆固定。有源振子可以是一个基本

44、半波振子，也可是折合半波振子，无源振子根据其作用可以一个基本半波振子，也可是折合半波振子，无源振子根据其作用可以分为反射体和引向器两种。分为反射体和引向器两种。八木天线介绍79机械参数机械参数Mechanical properties80天线的尺寸长宽高长：与垂直波瓣、增益有关宽：与水平波瓣有关高：与所采用的天线技术有关81天线的外观美观、环保课程内容第一章第一章 课程回顾课程回顾第二第二章章 无线电波的基本知识无线电波的基本知识第三章第三章 天线的基本知识天线的基本知识第四章第四章 传输线的基本知识传输线的基本知识83第四章第四章 传输线传输线的基本知识的基本知识84 连接天线和发射（或接收

45、）机输出（或输入）端的导线称连接天线和发射（或接收）机输出（或输入）端的导线称为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量。为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量。 因此它应能将天线接收的信号以最小的损耗传送到接收机因此它应能将天线接收的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，或将发射机发出的信号以最小的损耗传送到发射天线输入端，或将发射机发出的信号以最小的损耗传送到发射天线的输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号。这样，的输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号。这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡。就要求传输线必须屏蔽或平衡。 当传输线的几何长度等于或大于所传送信号

46、的波长时就叫当传输线的几何长度等于或大于所传送信号的波长时就叫做长传输线，简称长线。做长传输线，简称长线。传输线及馈线85传输线及馈线86 微波波段微波波段的的传输线：同轴电缆传输线、波导传输线：同轴电缆传输线、波导和微带和微带等等 。同轴电缆同轴电缆传输线的两根导线为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，传输线的两根导线为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。同轴电缆工作频率范围宽，损耗小，对静电耦合有一定的屏蔽同轴电缆工作频率范围宽，损耗小，对静电耦合有一定的屏蔽作用，但对磁场的干扰却无能为力。使用时切

47、忌与有强电流的作用，但对磁场的干扰却无能为力。使用时切忌与有强电流的线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。传输线的种类87 无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，用符号。表示。同轴电缆的特性阻抗用符号。表示。同轴电缆的特性阻抗 。138/138/r rlog(D/d) log(D/d) 。通常通常。=50=50/ /或或7575 式中，式中，D D为同轴电缆外导体铜网内径；为同轴电缆外导体铜网内径；d d为其芯线外径；为其芯线外径；r r为导体间绝缘介质的相对介电常数。为导体间绝缘介质的相对介电常数

48、。 由上式不难看出，馈线特性阻抗与导体直径、导体间距由上式不难看出，馈线特性阻抗与导体直径、导体间距和导体间介质的介电常数有关，与馈线长短、工作频率以及和导体间介质的介电常数有关，与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗大小无关。馈线终端所接负载阻抗大小无关。传输线的特性阻抗88 信号在馈线里传输，除有导体的电阻损耗外，还有绝信号在馈线里传输，除有导体的电阻损耗外，还有绝 缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和工作缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和工作 频率的提高而增加。因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。频率的提高而增加。因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。损耗的大小用衰

49、减常数表示。单位用分贝（损耗的大小用衰减常数表示。单位用分贝（dBdB）米或分）米或分贝百米表示贝百米表示。馈线衰减常数89 什么叫匹配？我们可简单地认为，馈线终端所接负载阻什么叫匹配？我们可简单地认为，馈线终端所接负载阻抗抗等于等于馈线特性阻抗。时，称为馈线终端是匹配连接的。馈线特性阻抗。时，称为馈线终端是匹配连接的。当使用的终端负载是天线时，如果天线振子较粗，输入阻抗当使用的终端负载是天线时，如果天线振子较粗，输入阻抗随频率的变化就较小，容易和馈线保持匹配，这时振子的工随频率的变化就较小，容易和馈线保持匹配，这时振子的工作频率范围就较宽。反之，则较窄作频率范围就较宽。反之，则较窄。匹配的概念90电缆电缆 50 ohms 天线天线 50 ohms 80 ohms要获得良好的电性能阻抗必须匹配。要获得良好的电性能阻抗必须匹配。匹配和失配例91 当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载 吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。馈线上 各处的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都 等于它的特性阻抗。 而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗 不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线 上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量。 入射波的一部分能量反射回来形成反射波。 反射损耗929.5 W