A 第8.1章常用天線

1、第八章 常用天線8.1 直立振子天線鏡像原理鏡像原理+-+-+-+-地面地面無限大接地面無限大接地面垂直于地面或?qū)щ娖矫婕茉O(shè)的天線稱為直立振子天線。垂直于地面或?qū)щ娖矫婕茉O(shè)的天線稱為直立振子天線。地面或?qū)щ娖矫娴挠绊懣捎苗R像原理來考慮。地面或?qū)щ娖矫娴挠绊懣捎苗R像原理來考慮。Dipolmonopole對(duì)于半波對(duì)稱振子，對(duì)于半波對(duì)稱振子，D=1.64 對(duì)于直立振子，對(duì)于直立振子，D=3.28 (只在上半空間輻射只在上半空間輻射)MonopoleDipol寬帶振子天線寬帶振子天線電小天線假設(shè)天線的高度為假設(shè)天線的高度為h，對(duì)于電小天線，對(duì)于電小天線 ，則天線的等效高度約為則天線的等效高度約為h2h

2、he因此其效率很低。因此其效率很低。由于電小天線的輻射電阻很小，由于電小天線的輻射電阻很小，22040hRplS驏=桫如對(duì)于波長(zhǎng)為如對(duì)于波長(zhǎng)為450m，天線為，天線為15m時(shí)，天線的效率為時(shí)，天線的效率為0.4%3D其方向系數(shù)其方向系數(shù)提高電小天線的效率的方法加載：目的是提高天線上的電流分布加載：目的是提高天線上的電流分布 增加天線的效率增加天線的效率電感加載：電感加載：電容加載：電容加載：螺旋天線寬頻帶線天線對(duì)數(shù)螺旋天線對(duì)數(shù)螺旋天線對(duì)數(shù)周期天線對(duì)數(shù)周期天線2 引向天線 引向器引向器反射器反射器有源振子有源振子該天線具有較強(qiáng)的方向性。該天線具有較強(qiáng)的方向性。一般先取有一般先取有68個(gè)引向器，一

3、個(gè)反射器。個(gè)引向器，一個(gè)反射器。3. 面天線惠更斯惠更斯-菲涅爾原理：（經(jīng)典光學(xué)）圍繞振蕩源作一封閉面，菲涅爾原理：（經(jīng)典光學(xué)）圍繞振蕩源作一封閉面，封閉面外任一點(diǎn)封閉面外任一點(diǎn)M處的場(chǎng)可認(rèn)為是，將封閉面上每一點(diǎn)都處的場(chǎng)可認(rèn)為是，將封閉面上每一點(diǎn)都看作為新的振蕩源，每個(gè)小振蕩源在點(diǎn)看作為新的振蕩源，每個(gè)小振蕩源在點(diǎn)M處產(chǎn)生的振蕩的處產(chǎn)生的振蕩的總和構(gòu)成了點(diǎn)總和構(gòu)成了點(diǎn)M處的場(chǎng)。處的場(chǎng)。 電磁波：空間任意一點(diǎn)電磁波：空間任意一點(diǎn)M處的場(chǎng)，是包圍天線的封閉曲面處的場(chǎng)，是包圍天線的封閉曲面上各點(diǎn)的電磁擾動(dòng)產(chǎn)生的次輻射在點(diǎn)上各點(diǎn)的電磁擾動(dòng)產(chǎn)生的次輻射在點(diǎn)M處迭加的結(jié)果。處迭加的結(jié)果。 M對(duì)于天線在對(duì)于

4、天線在M點(diǎn)所產(chǎn)生的場(chǎng)即點(diǎn)所產(chǎn)生的場(chǎng)即為天線口面在為天線口面在M點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)之和。點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)之和。先求每個(gè)面元的輻射先求每個(gè)面元的輻射場(chǎng)，再在整個(gè)口面上場(chǎng)，再在整個(gè)口面上進(jìn)行積分，求得整個(gè)進(jìn)行積分，求得整個(gè)口面的輻射場(chǎng)。口面的輻射場(chǎng)。JHn1面元上的磁場(chǎng)等效為電基本振子面元上的磁場(chǎng)等效為電基本振子 面元上的電場(chǎng)等效為磁基本振子面元上的電場(chǎng)等效為磁基本振子 mJEn1J JJ Jm m等效面元及其坐標(biāo)等效面元及其坐標(biāo)喇叭天線 Horn2211sin( )sin( )EHFFyqyyqy=口面均勻的矩形喇叭天線口面均勻的矩形喇叭天線的遠(yuǎn)場(chǎng)方向函數(shù)的遠(yuǎn)場(chǎng)方向函數(shù)12sin2sin2hkwkyqyq=式中式中

5、口面電尺寸較大時(shí)，主瓣寬度為口面電尺寸較大時(shí)，主瓣寬度為 11,322,35189. 025189. 02DDDDHdBEdB弧度弧度由上式可見，由上式可見， 。即口面越大，天線的主瓣越窄。即口面越大，天線的主瓣越窄。 則,D24SDS其方向系數(shù)為：其方向系數(shù)為：由圖可查得主瓣最近的第一個(gè)小峰值為由圖可查得主瓣最近的第一個(gè)小峰值為0.214，故第，故第一旁瓣電平一旁瓣電平FSLL為：為：)(4 .1314. 0lg20dBFSLL結(jié)論：結(jié)論： 最大電場(chǎng)在口面的法線方向上；最大電場(chǎng)在口面的法線方向上； 口面輻射的口面輻射的FSLL和和v取決于口面場(chǎng)分布，如均取決于口面場(chǎng)分布，如均勻，勻，F(xiàn)SLL

6、高，口面利用系數(shù)高，口面利用系數(shù)v大，但與口面尺大，但與口面尺寸無關(guān)；寸無關(guān)； 口面分布一定時(shí)口面電尺寸越大，主瓣越窄口面分布一定時(shí)口面電尺寸越大，主瓣越窄（成正比），方向系數(shù)（成正比），方向系數(shù)D越大。越大。 拋物面天線5.5G系列切割柵狀拋物系列切割柵狀拋物面天線面天線5.8GHz拋物面天線拋物面天線 方向性由場(chǎng)的由場(chǎng)的0.707處可主瓣寬度及旁瓣電平：處可主瓣寬度及旁瓣電平： )(4 .22265)(214. 123dBFSLLaadB弧度實(shí)際上由于實(shí)際上由于加工誤差；加工誤差；照射器為非理想點(diǎn)源，照射器為非理想點(diǎn)源，有遮擋；有遮擋；拋物面天線為非閉合面；拋物面天線為非閉合面；-主瓣變寬

7、，旁瓣電平提高：主瓣變寬，旁瓣電平提高：)()1916(2)8070(23dBFSLLadB 方向系數(shù)對(duì)于拋物面的口面方向性系數(shù)為：對(duì)于拋物面的口面方向性系數(shù)為： gSvvSD221244式中式中v1 1為口面利用系數(shù)，為口面利用系數(shù)， 口面電場(chǎng)均勻分布時(shí)為口面電場(chǎng)均勻分布時(shí)為1 v2為拋物面天線的截獲系數(shù)，為拋物面天線的截獲系數(shù)， 為方向系數(shù)因素為方向系數(shù)因素11v21vvg 最佳照射：最佳照射：在得到較為均勻的口面場(chǎng)分布，同時(shí)又保證功率溢失不大，在得到較為均勻的口面場(chǎng)分布，同時(shí)又保證功率溢失不大，使拋物面天線方向系數(shù)因素使拋物面天線方向系數(shù)因素g達(dá)到最大值的工作狀態(tài)為最佳達(dá)到最大值的工作狀

8、態(tài)為最佳照射。照射。 83. 0maxg由此反推，可知照射器指向口面邊緣方向上的歸一化方向由此反推，可知照射器指向口面邊緣方向上的歸一化方向函數(shù)接近于函數(shù)接近于-10dB。 拋物面天線的最佳方向性系數(shù)：拋物面天線的最佳方向性系數(shù)： 83. 042SD實(shí)際拋物面天線的方向系數(shù)：實(shí)際拋物面天線的方向系數(shù)： )5 . 035. 0(42SD 其增益：其增益： DDGA4.微帶天線5.基站天線移動(dòng)通信基站天線要求：移動(dòng)通信基站天線要求：1）天線應(yīng)盡量架高；）天線應(yīng)盡量架高；2）天線采用垂直極化；）天線采用垂直極化；3）頂點(diǎn)激勵(lì)，扇形天線）頂點(diǎn)激勵(lì)，扇形天線 中心激勵(lì)，全向天線中心激勵(lì)，全向天線4）高增益天線；）高增益天線；5）天線與饋線盡量匹配。）天線與饋線盡量匹配?；咎炀€智能基站天線智能基站天線靈通王智能天線靈通王智能天線智能天線智能天線智能天線采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)判斷用戶信號(hào)到達(dá)智能天線采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)判斷用戶信號(hào)到達(dá)方向（即方向（即DOA估計(jì)），并在此方向形成天線主波束，估計(jì)），并在此方向形成天線主波束，他根據(jù)用戶信號(hào)的不同空間傳輸方向提供不同的信他根據(jù)用戶信號(hào)的不同空間傳輸方向提供不同的信道，等同于有線