第53常用天線

1、1.3 天線方向性的討論天線方向性的討論 1.3.1 天線方向性天線方向性 發(fā)射發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。 垂直放置的半波對稱振子具有平放的垂直放置的半波對稱振子具有平放的 “面包圈面包圈” 形的形的立體方向圖立體方向圖（圖（圖1.3.1 a）。）。 立體方向圖雖然立體感強，但繪制困難，立體方向圖雖然立體感強，但繪制困難， 圖圖1.3.1 b 與圖與圖1.3.1 c 給出了它的兩個給出了它的兩個主平面方向圖主平面方

2、向圖，平面方向圖描述天線在某指定，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。從圖平面上的方向性。從圖1.3.1 b 可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面上；而從圖方向在水平面上；而從圖1.3.1 c 可以看出，在水平面上各個方向上的輻射一樣大?？梢钥闯觯谒矫嫔细鱾€方向上的輻射一樣大。1.3 天線方向性的討論天線方向性的討論 1.3.1 天線方向性天線方向性 發(fā)射發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向

3、輻射。能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。 垂直放置的半波對稱振子具有平放的垂直放置的半波對稱振子具有平放的 “面包圈面包圈” 形的形的立體方向圖立體方向圖（圖（圖1.3.1 a）。）。 立體方向圖雖然立體感強，但繪制困難，立體方向圖雖然立體感強，但繪制困難， 圖圖1.3.1 b 與圖與圖1.3.1 c 給出了它的兩個給出了它的兩個主平面方向圖主平面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。從圖平面上的方向性。從圖1.3.1 b 可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面上；而從圖方向在水平面上

4、；而從圖1.3.1 c 可以看出，在水平面上各個方向上的輻射一樣大?？梢钥闯?，在水平面上各個方向上的輻射一樣大。天線的基本知識天線的基本知識圖圖1.3.1 c 水平面方向圖水平面方向圖對稱振子的方向圖對稱振子的方向圖 水平面方向圖水平面方向圖垂直面方向圖垂直面方向圖立體方向圖立體方向圖若干個對稱振子組陣，若干個對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈扁平的面包圈” ，把信號進一步集中到在水平面方向上。把信號進一步集中到在水平面方向上。增強方向性增強方向性 垂直四元陣邊射陣時的垂直四元陣邊射陣時的立體方向圖和垂直立體方向圖和垂直e面面方向圖。方向圖。垂直面方向圖垂直面方向

5、圖立體方向圖立體方向圖5.6 5.6 常用天線常用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娖矫妫┘茉O(shè)的天線。垂直于地面（或?qū)щ娖矫妫┘茉O(shè)的天線。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。直立振子天線monopole對于半波對稱振子，對于半波對稱振子，d=1.64對于直立振子，對于直立振子，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，對于電小天線，對于電小天線 則天線的等效高度約為則天線的等效高度約為h2ehh 因

6、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=桫如對于波長為如對于波長為450m，天線為，天線為15m時，天線的效率為時，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提高電小天線的效率的方法加載加載：目的是提高天線上的：目的是提高天線上的電流分布，增加天線的效率電流分布，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數(shù)螺旋天線對數(shù)螺旋天線對數(shù)周期天線對數(shù)周期天線引向天線 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的方向性。該天線具有較強的方向性。一般先取有一般先取有68

7、個引向器，一個反射器。個引向器，一個反射器。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，封閉面外任一點封閉面，封閉面外任一點m處的場可認為是，將封閉處的場可認為是，將封閉面上每一點都看作為新的振蕩源，每個小振蕩源在點面上每一點都看作為新的振蕩源，每個小振蕩源在點m處產(chǎn)生的振蕩的總和構(gòu)成了點處產(chǎn)生的振蕩的總和構(gòu)成了點m處的場。處的場。 電磁波：空間任意一點電磁波：空間任意一點m處的場，是包圍天線的封處的場，是包圍天線的封閉曲面上各點的電磁擾動產(chǎn)生的次輻射在點閉曲面上各點的電磁擾動產(chǎn)生的次輻射在點m處迭處迭加的結(jié)果。加的結(jié)果。 m對于天線

8、在對于天線在m點所產(chǎn)生的場即為點所產(chǎn)生的場即為天線口面在天線口面在m點產(chǎn)生場之和。點產(chǎn)生場之和。先求每個面元的輻射先求每個面元的輻射場，再在整個口面上場，再在整個口面上進行積分，求得整個進行積分，求得整個口面的輻射場?？诿娴妮椛鋱觥? n hj面元上的磁場等效為電基本振子面元上的磁場等效為電基本振子 面元上的電場等效為磁基本振子面元上的電場等效為磁基本振子1mn ejj jjmjm等效面元及其坐標等效面元及其坐標喇叭天線口面越大，天線的主瓣越窄?？诿嬖酱螅炀€的主瓣越窄。 ,d則24sds其方向系數(shù)為：其方向系數(shù)為： 最大電場在口面的法線方向上；最大電場在口面的法線方向上； 口面輻射的口面輻射

9、的fsll和和v取決于口面場分布，如取決于口面場分布，如 均勻，均勻，fsll高，口面利用系數(shù)高，口面利用系數(shù)v大，但與口大，但與口面尺寸無關(guān)；面尺寸無關(guān)； 口面分布一定時口面電尺寸越大，主瓣越窄口面分布一定時口面電尺寸越大，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（拋物面采用柵面天線（拋物面采用柵狀結(jié)構(gòu)，一是為了減輕狀結(jié)構(gòu)，一是為了減輕天線的重量，二是為了天線的重量，二是為了減少風(fēng)的阻力減少風(fēng)的阻力）5.8ghz拋物面天線拋物面天線 方向性方向性由場的由場的0.707處可得主瓣寬度及旁瓣電平：處可得主瓣寬度及旁瓣

10、電平： )(4 .22265)(214. 123dbfsllaadb弧度實際上由于：實際上由于：加工誤差；照射器為非理想點源；加工誤差；照射器為非理想點源；有遮擋；拋物面天線為非閉合面；有遮擋；拋物面天線為非閉合面；-主瓣變寬，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)方向系數(shù)對于拋物面的口面對于拋物面的口面方向性系數(shù)為：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)， 口面電場均勻分口面電場均勻分布時為布時為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11

11、v 1 2gv v 最佳照射：最佳照射：在得到較為均勻的口面場分布，同時又保證功率在得到較為均勻的口面場分布，同時又保證功率溢失不大，使拋物面天線方向系數(shù)因素溢失不大，使拋物面天線方向系數(shù)因素g達到最大達到最大值的工作狀態(tài)為最佳照射。值的工作狀態(tài)為最佳照射。 83.0maxg由此反推，可知照射器指向口面邊緣方向上的歸由此反推，可知照射器指向口面邊緣方向上的歸一化方向函數(shù)接近于一化方向函數(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實際拋物面天線的方向系數(shù)：實際拋物面天線的方向系數(shù)： )5 . 035. 0(42sd 其增益：其增益： ddga微帶天線基站天線移動通信基站天線要求：移動通信基站天線要求：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）頂點激勵，扇形天線）頂點激勵，扇形天線 中心激勵，全向天線中心激勵，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)字信號處理技術(shù)判斷用戶信智能天線采用數(shù)字信號處理技術(shù)判斷用戶信號到達方向（即號到達方向（即doa估計），并在此方向形估計），并在此方向形成天線主波束，他根據(jù)用戶信號的不同空間成天線主