天线基本原理

天线基本原理第1页，共19页，2023年，2月20日，星期六壹、傳輸線

根據傳輸線理論，一段無損耗傳輸線，輸入阻抗可表成：ZLZinZin=ZoZL+jZ0tan(βl)Z0+jZLtan(βl)Z0:特性阻抗Zin:輸入阻抗β:相位常數,與訊號波長λ的關係為β=2п/λl:傳輸長度l第2页，共19页，2023年，2月20日，星期六波長=光速頻率*√ع

介電常數即λ=C/f*√ع

如1KHz的信號在一介電係數為4的電路板上傳播時其波長(λ)為λ=C/f*√ع=3*108103×

4=1.5×105

公尺低頻的訊號波長遠大於傳輸線的長度，l/λ~=0即βl=0，tan(βl)趨近0，故Zin=ZL故在分析低頻電路時，可以不考慮傳輸線的效應第3页，共19页，2023年，2月20日，星期六涉及傳輸線效應，直角傳輸導線會有大的寄生電容WR>3Wa=1.8W第4页，共19页，2023年，2月20日，星期六同軸線阻抗عDinnerDouterZ0=138√عlogDouterDinnerOuter編織線愈疏則造成insertionloss愈大，相對的編織線愈密其insertionloss愈小，地網與信號線間的介電常數愈趨近於空氣1，衰減愈小，故使用氮氣發泡是業界常用的方式。第5页，共19页，2023年，2月20日，星期六RFConnectorsImpedanceZ0=60lnD/dعD:外導體內徑d:內導體內徑ع:絕緣介電常數RFConnector的上限頻率fu=2c/π(D+d)√ε第6页，共19页，2023年，2月20日，星期六λ/4TransformersRequireZ0λ/4=√ZinZLL=λ/4Zin=Z0λ/4ZL+jZ0λ/4

tan(βl)Z0λ/4+jZLtan(βl)ZLZin因βl=(2π/λ)(λ/4)=π/2Z0λ/4=√ZinZLApplytorealloadsandsourcesPerfectmatchatspotfrequency(10%-20%useablebandwidth)第7页，共19页，2023年，2月20日，星期六ImpedanceMatchRule串聯L並聯電容並聯L串聯C第8页，共19页，2023年，2月20日，星期六天線設計基本原理SleeveDipoleAntennaThecurrentdistributionofsleeveantennaislikethedipoleantenna這是目前業界最常見的SLEEVE偶極天線銅管λ/4約22mmλ=C/f*√ع約8.8cmλ/4約22mm實作驗證要不斷嘗試錯誤方有心得此線長會有影響第9页，共19页，2023年，2月20日，星期六DipoleAntennawithCenterDrivingIftheradiusofwire,a,isverysmall,theinputimpedanceofhalfwavelengthdipoleis73+j42.5ohmTheshorterthelengthofdipole,therealpartofimpedancewillbesmallerInordertomatchthe50ohmscoaxialcable,thelengthofdipolewillbelessthanhalfwavelengthTheimaginarypartofimpedancewillbechangedforminductancetocapacitanceforshorterlengthofdipoleThedirectivityofhalfwavelengthdipoleis2.15dBi第10页，共19页，2023年，2月20日，星期六WhipAntennaforAMPSThismonopoleantennawithhigherdirectivity(5.162dBi)forlength0.625wavelengthIfthelengthisquarterwavelength,thenthedirectivityis2.15dBi這是常見5dBi的作法第11页，共19页，2023年，2月20日，星期六RadiationPatternwithCenterDrivingThedefinitionofdBiistheantennagainwhichcomparestothatoftheisotropicantennaThedefinitionofdBdistheantennagainwhichcomparestothatofthedipoleantennaThedirectivityofhalfwavelengthdipoleis2.15dBiThedirectivityof1.25(2x0.625)wavelengthdipole5.16dBi這是場型圖，請注意不同gain值的場型第12页，共19页，2023年，2月20日，星期六VSWR:Returnloss(RL)TransmissionLoss(TL)參、天線規格:VSWR與ReturnLoss的關係是互換關係，若VSWR是2.0:1,則相對於ReturnLoss是約-10dB，其意是發射出去有90%的功率，反射回來有10%，反射愈多，幅射效率愈差第13页，共19页，2023年，2月20日，星期六Examples VSWR=1.5, ,RL=14dB,TL=0.177dB VSWR=2.0, ,RL=9.5dB,TL=0.512dB VSWR=3.0, ,RL=6.0dB,TL=1.24dBLowerpowerhandlingforhigherVSWRThewiderthebandwidththelargertheVSWR第14页，共19页，2023年，2月20日，星期六E-PlaneCutofantennaradiationpatternwhichcontainthemaximumfieldintensityandthedirectionofEfieldorelectriccurrentofantennaH-PlaneCutofantennaradiationpatternwhichcontainthemaximumfieldintensityandthedirectionofHfieldormagneticcurrentofantennaPrincipleplanes BothE-andH-planeradiationpatter第15页，共19页，2023年，2月20日，星期六BeamwidthHalfpowerbeamwidth E-planebeamwidth, H-planebeamwidthThewiderbeamwidththewiderangularcoverageThewiderbeamwidththemoreinterferencesinput tothereceiver第16页，共19页，2023年，2月20日，星期六PolarizationLinearpolarization Verticalpolarization,Horizontalpolarization,SlantlinearpolarizationCircularpolarization RHCP,LHCPEllipticalpolarization第17页，共19页，2023年，2月20日，星期六TransmitReceivePolarizationLossverticalhorizontalinfinityhorizontalverticalinfinityRHCPLHCPinfinityLHCPRHCPinfinityRHCPorLHCPlinear3dBlinearRHCPorLHCP3dBverticalvertical0dBRHCPLHCPinfinityhorizontal