天線設(shè)計(jì)基礎(chǔ)PPT課件

1、2021/3/91天線設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2021/3/92 什么是天線？ 能夠有效地向空間某特定方向輻射電磁波或能夠有效的接受空間某特定方向來的電磁波的裝置。 天線作用 天線是一種無源器件，不能放大信號，將傳輸線 中的高頻電磁能轉(zhuǎn)為自由空間的電磁波，或反之將自由空間中的電磁波轉(zhuǎn)化為傳輸線中的高頻電磁能 。 常見天線天線天線天天線線功功能能能量轉(zhuǎn)化進(jìn)得去，出的來無線電設(shè)備電纜內(nèi)高頻電流2021/3/93 天線的分類 按波長：中波、短波、超短波、微波天線等 按狀態(tài)：發(fā)射天線、接收天線、收發(fā)共用天線等 按極化方式：線極化、圓極化、橢圓極化天線等 按用途：通信、廣播電視、雷達(dá)、導(dǎo)航天線等 頻譜的劃分= c/f

2、c = c/f c 為光速為光速用途分類.2021/3/94天線天線工作頻率范圍輸入阻抗駐波比回波損耗增益方向性效率極化前后比波瓣寬度頻帶寬度2021/3/95 輸入阻抗 阻抗調(diào)試的方式： 通過網(wǎng)絡(luò)分析儀，進(jìn)行直觀的觀察終端天線的 VSWR/Return Loss/smith匹配電路(Feed Point 饋入點(diǎn))AC10W 8WZL: 天線輸入阻抗Z0: 線路特性阻抗 入射電壓完全反射時(shí), =1, VSWR無限大；反之, 如完全無反射時(shí), =0, VSWR理想值為1 Return Loss與VSWR的關(guān)系VSWR = (1+(10RL/20) / (10RL/20)-1)()(log1011

3、)()(minmaxiprpRLVVVSWRZZZZOLOL最小電壓振幅最大電壓振幅2021/3/96 增益 定義為：在同一距離及相同輸入功率的條件下,某天線在最大輻射方向上的輻射功率密度Smax(或場強(qiáng)|Emax|2的平方）和理想無方向性天線(理想點(diǎn)源)的輻射功率密度S0（或場強(qiáng)|E0|2的平方）之比，記為G 。002maxmax200ininininPPPPESGSE 式中Pin、Pin0分別為實(shí)際天線和理想無方向性天線的輸入功率。 理想無方向性天線本身的增益系數(shù)為1。 Gi：dBi 的參考基準(zhǔn)為全方向天線 Gd：dBd的參考基準(zhǔn)為偶極子 一般認(rèn)為，表示同一增益，Gd = Gi 2.15

4、(dB)Radiated by Dipole Ant.Radiated by Isotropic Ant.Radiated by other Ant.2021/3/97 方向系數(shù)(Directivity) 定義在同一距離及相同輻射功率的條件下,某天線在最大輻射方向上的輻射功率密度Smax（或場強(qiáng)|Emax|2的平方）和無方向性天線(點(diǎn)源)的輻射功率密度S0（或場強(qiáng)|E0|2的平方）之比，記為D。用公式表示如下： 式中Pr、Pr0分別為實(shí)際天線和無方向性天線的輻射功率。2maxmax200rrorroPPPPESDSERadiated by Dipole Ant.Radiated by Isot

5、ropic Ant.Radiated by other Ant.2021/3/98 效率 定義為天線輻射功率Pr與輸入功率Pin之比，記為A，即 考慮到饋線與天線失配引入的反射損耗，則天線的總效率應(yīng)為lrrlrrinrRRRPPPPP OinOinAZZZZ)1 (2輻射電阻損耗電阻損耗功率rllRRP傳輸線的特性阻抗天線輸入阻抗反射系數(shù)OinZZ2021/3/99 增益與方向系數(shù)的關(guān)系 公式為 由此可見，增益系數(shù)是綜合衡量天線能量轉(zhuǎn)換效率和方向特性的參數(shù)，它是方向系數(shù)與天線效率的乘積。00maxmax00ininrrAPPPPASSGSSGD2021/3/910 極化 定義：描述天線輻射電磁

6、波矢量空間指向的參數(shù)。 由于電場與磁場有恒定的關(guān)系，故一般都以電場矢量的空間指向作為天線輻射電磁波的極化方向。垂直極化垂直極化水平極水平極化化+ 45度傾度傾斜的極化斜的極化B BE EB BE EB B E E2021/3/911 波瓣寬度 顧名思義，就是無線電波輻射形成的扇面所張開的角度。 同一天線發(fā)射的無線電波不同方向上的輻射強(qiáng)度是不同的，所以定義比最大輻射方向上的功率下降3dB的兩個(gè)方向之間的夾角為波瓣寬度。在水平面和垂直面各有一個(gè)波瓣寬度，如右圖所示。 水平波瓣寬度和垂直波瓣寬度是相互影響的，其關(guān)系式為 Ga 為天線增益；為水平波瓣寬度；為垂直波瓣寬度。32400logaG2021/

7、3/912PIFAMONOPOLELOOP金屬后蓋金屬邊框+玻璃后蓋天線形式優(yōu)點(diǎn)天線抗干擾強(qiáng)，允許擺放器件穩(wěn)定性比較好SAR值相對比較低容易在高度小的空間設(shè)計(jì)天線；不能在天線的附近擺放器件帶寬比較寬充分利用邊框與后蓋來做天線利用金屬邊框作為天線缺點(diǎn)天線面積，高度要求比較大SAR值比較高；凈空要求比較高對凈空有極大的要求凈空有要求，對斷縫位置有要求凈空有要求，對斷點(diǎn)位置有要求，手握性能不是很好饋電點(diǎn)地點(diǎn)饋電點(diǎn)饋電點(diǎn)地點(diǎn)2021/3/913TRPTIS 射頻系統(tǒng)性能指標(biāo) TRP TIS SAR 單位質(zhì)量的人體組織所吸收或消耗的電磁功率，單位為W/kg。美標(biāo)（1.6mw/g，1g平均）中國與歐標(biāo)（

8、2.0mw/g，1g平均） 頻段頭+手（TRP）頭+手（TIS）GSM90016dBm-92dBmDCS180016dBm-93dBmTD/190012dBm-99dBmTD/210012dBm-99dBm2021/3/914 影響TIS的因素傳到數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù) 線損線損 效率效率 干擾干擾 = TIS(暗室測出來的數(shù)據(jù)暗室測出來的數(shù)據(jù))電磁干擾Layout之間走線干擾馬達(dá)，喇叭，金屬等元器件對天線產(chǎn)生耦合各元器件之間的雜散輻射外部輻射體對天線干擾高速數(shù)據(jù)線對天線的干擾關(guān)鍵器件的屏蔽外部因素內(nèi)部因素元器件的線性度，熱噪系數(shù)增以及增益平坦度 三階交調(diào)失真 諧波反饋及熱效應(yīng)帶外抑制插入損耗2021/

9、3/915 降低SAR的辦法 降低發(fā)射功率; 修改天線pattern，改變天線輻射方向； PCB板中間擺放接地器件，改變天線輻射方向; 天線receiver擺放接地元器件位置，如按鍵,接地導(dǎo)線等等2021/3/916FPC （Flexible Printed Circuit 即柔性電路）LDS (Laser-Direct-Structuring即激光直接成型技術(shù)) PCB天線陶瓷天線螺旋天線材質(zhì)優(yōu)點(diǎn)1,柔軟性比較好；2，便于修改性能穩(wěn)定，一致性好;避免手機(jī)內(nèi)部元器件的干擾;增強(qiáng)空間利用率集成度高，可以壓縮體積減少成本有效縮小天線尺寸，并能達(dá)到隱藏天線常用于對定位精度要求較高或環(huán)境復(fù)雜、嚴(yán)苛的應(yīng)用中缺點(diǎn)空間利用率不好；價(jià)格比較貴對PCB板的凈空有嚴(yán)格要求對多頻段的