射頻工程培訓(xùn)

1、1射頻工程培訓(xùn)講義射頻工程培訓(xùn)講義2培訓(xùn)目標(biāo)培訓(xùn)目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí),希望大家能夠掌握:3講義提綱講義提綱 第一部分 無線電波的基本知識(shí) 第二部分 天線的相關(guān)基本知識(shí) 第三部分 無源器件的基本知識(shí)4第一部分第一部分無線電波的基本知識(shí)無線電波的基本知識(shí) 廣義上的電磁波電磁波（又稱電磁輻射）是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動(dòng)，其傳播方向垂直于電場與磁場構(gòu)成的平面，有效的傳遞能量和動(dòng)量。 電磁輻射可以按照頻率分類，從低頻率到高頻率，包括有無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外光、X-射線和伽馬射線等等。 人眼可接收到的電磁輻射，波長大約在380至780納米之間，稱為可見光。只要是

2、本身溫度大于絕對(duì)零度的物體，都可以發(fā)射電磁輻射，而世界上并不存在溫度等于或低于絕對(duì)零度的物體。5678 無線電波是一種能量傳輸形式，在傳播過程中，電無線電波是一種能量傳輸形式，在傳播過程中，電場和磁場在空間是相互垂直的，同時(shí)這兩者又都垂直于場和磁場在空間是相互垂直的，同時(shí)這兩者又都垂直于傳播方向。傳播方向。910 無線電波在空間傳播時(shí)，其電場方向是按一定無線電波在空間傳播時(shí)，其電場方向是按一定的規(guī)律而變化的，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。的規(guī)律而變化的，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。無線電波的電場方向稱為電波的極化方向。如果電無線電波的電場方向稱為電波的極化方向。如果電波的電場方向垂直于地面，我們

3、就稱它為垂直極化波的電場方向垂直于地面，我們就稱它為垂直極化波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水波。如果電波的電場方向與地面平行，則稱它為水平極化波平極化波。 11無線通信使用的電磁波的頻率范圍和波段12頻段名稱頻率范圍波段名稱波長范圍特高頻（UHF）3003000MHz分米波10.1m（110-1m）超高頻（SHF）330GHz厘米波101cm（10-110-2m）極高頻（EHF）30300GHz毫米波101mm（10-210-3m）至高頻（THF）3003000GHz微波亞毫米波10.1mm（10-310-4m）光波310-3310-5mm（310-6310-8m）由于種種原因，在

4、一些歐、美、日等西方國家常常把部分微波波段分為L、S、C、X、Ku、K、Ka等波段（或稱子波段)13直射直射直射是無線電波在自由空間傳播的方式。反射反射當(dāng)電磁波遇到比波長大得多的物體時(shí)，就會(huì)發(fā)生反射。反射常發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表面。繞射（衍射）繞射（衍射）波在傳播時(shí)，若被一個(gè)大小接近于或小于波長的物體阻擋，就繞過這個(gè)物體，繼續(xù)進(jìn)行。散射散射散射就是由于介質(zhì)中存在的微小粒子（異質(zhì)體）或者分子對(duì)電磁波的作用，使電磁波偏離原來的傳播方向而向四周傳播的現(xiàn)象。 144132圖示：直射波 反射波 繞射（衍射）波15衰落一般分為快衰落快衰落與慢衰落慢衰落兩種 慢衰落慢衰落 慢衰落是由接收點(diǎn)周圍地形地

5、物對(duì)信號(hào)反射，使得信號(hào)電平在幾十米范圍內(nèi)有大幅度的變化，若MS在沒有任何障礙物的環(huán)境下移動(dòng)，則某點(diǎn)信號(hào)電平與該點(diǎn)和發(fā)射機(jī)的距離有關(guān)。 快衰落快衰落 快衰落是疊加在慢衰落的信號(hào)上的，這個(gè)衰落的速度很快，每秒鐘可達(dá)到幾十次，除與地形地物有關(guān)，還與MS的速度和信號(hào)的波長有關(guān)，并且幅度可達(dá)幾十個(gè)dB，信號(hào)的變化呈瑞利分布，也叫瑞利衰落。信號(hào)強(qiáng)度慢衰落快衰落移動(dòng)臺(tái)路徑16 對(duì)于移動(dòng)通信的電波傳播對(duì)于移動(dòng)通信的電波傳播, ,其衰落特性由下列已知其衰落特性由下列已知公式及圖示表征公式及圖示表征 - 自由空間的傳播衰耗： Lbs32.45+20lgD(km)+20lgf(MHz) (5) - 準(zhǔn)平滑地形市區(qū)路

6、徑傳播衰耗中值： LttLbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f) (6) Am(f,d)，Hb(hb,d)，Hm(hm,f)為相應(yīng)的修正因子，其中An(f,d)為基本衰耗中值，Hb(hb,d)為基站天線高度增益因子，Hm(hm,f)為移動(dòng)天線高度增益因子17 該關(guān)系可用式 / 表示， 其中： 為速度，單位為m/s； 為頻率，單位為Hz； 為波長，單位為m。 由上述關(guān)系式不難看出，同一頻率的無線電波在不 同的媒質(zhì)中傳播時(shí)，速度是不同的，因此波長也不一樣。 波長波長18 無線電波的波長不同，傳播特點(diǎn)也不完全相同。目前GSM和CDMA移動(dòng)通信使用的頻段都屬于UHF（特高頻）超短波段

7、，其高端屬于微波。 超短波和微波的視距傳播 超短波和微波的頻率很高，波長較短，它的地面波衰減很快。因此也不能依靠地面波作較遠(yuǎn)距離的傳播，它主要是由空間波來傳播的。空間波一般只能沿直線方向傳播到直接可見的地方。在直視距離內(nèi)超短波的傳播區(qū)域習(xí)慣上稱為“照明區(qū)”。在直視距離內(nèi)超短波接收裝置才能穩(wěn)定地接收信號(hào)。19多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)移動(dòng)通信中無線電波在傳播過程中會(huì)遇到各種各樣的建筑物、樹木、移動(dòng)通信中無線電波在傳播過程中會(huì)遇到各種各樣的建筑物、樹木、植被以及起伏的地形，會(huì)引起電波的反射、散射和繞射等。植被以及起伏的地形，會(huì)引起電波的反射、散射和繞射等。20陰影效應(yīng)陰影效應(yīng) 有大型建筑物和其他物體的阻擋而

8、在傳播接收區(qū)域上形成半盲區(qū)有大型建筑物和其他物體的阻擋而在傳播接收區(qū)域上形成半盲區(qū)的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。電波在傳播途徑上遇到障礙物時(shí)，總是力圖繞過障礙物，再電波在傳播途徑上遇到障礙物時(shí)，總是力圖繞過障礙物，再向前傳播。這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波的繞射能力較弱，在高向前傳播。這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波的繞射能力較弱，在高大建筑物后面會(huì)形成所謂的大建筑物后面會(huì)形成所謂的“陰影區(qū)陰影區(qū)”。信號(hào)質(zhì)量受到影響的程度不。信號(hào)質(zhì)量受到影響的程度不僅和接收天線距建筑物的距離及建筑物的高度有關(guān)，還和頻率有關(guān)。僅和接收天線距建筑物的距離及建筑物的高度有關(guān)，還和頻率有關(guān)。 例如一個(gè)建筑物的高度為米，在距建筑物米處

9、接收的信號(hào)質(zhì)量幾乎不受影響，但在距建筑物米處，接收信號(hào)場強(qiáng)將比無高摟時(shí)明顯減弱。這時(shí)，如果接收的是兆赫的電視信號(hào)，接收信號(hào)場強(qiáng)比無高摟時(shí)減弱分貝，當(dāng)接收兆赫的電視信號(hào)時(shí)，接收信號(hào)場強(qiáng)將比無高摟時(shí)減弱分貝。如果建筑物的高度增加到米時(shí)，則在距建筑物米以內(nèi)，接收信號(hào)的場強(qiáng)都將受到影響，因而有不同程度的減弱。也就是說，頻率越也就是說，頻率越高，建筑物越高、越近，影響越大。相反，頻率越低，建筑物越矮、高，建筑物越高、越近，影響越大。相反，頻率越低，建筑物越矮、越遠(yuǎn)，影響越小。越遠(yuǎn)，影響越小。 因此，架設(shè)天線選擇基站場地時(shí)，必須按上述原則來考慮對(duì)繞因此，架設(shè)天線選擇基站場地時(shí)，必須按上述原則來考慮對(duì)繞射傳

10、播可能產(chǎn)生的各種不利因素，并努力加以避免。射傳播可能產(chǎn)生的各種不利因素，并努力加以避免。 21遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng) 由于接收用戶的隨機(jī)移動(dòng)性，移動(dòng)用戶與基站見的距離也是隨即由于接收用戶的隨機(jī)移動(dòng)性，移動(dòng)用戶與基站見的距離也是隨即的變化。若各移動(dòng)用戶發(fā)射功率一樣，那么到達(dá)基站的信號(hào)強(qiáng)弱會(huì)有的變化。若各移動(dòng)用戶發(fā)射功率一樣，那么到達(dá)基站的信號(hào)強(qiáng)弱會(huì)有不同，離基站近信號(hào)強(qiáng)，離基站遠(yuǎn)信號(hào)弱。不同，離基站近信號(hào)強(qiáng)，離基站遠(yuǎn)信號(hào)弱。 通信系統(tǒng)的非線性則進(jìn)一步加重了這種情況，出現(xiàn)強(qiáng)者更強(qiáng)、弱通信系統(tǒng)的非線性則進(jìn)一步加重了這種情況，出現(xiàn)強(qiáng)者更強(qiáng)、弱者更弱和以強(qiáng)壓弱的現(xiàn)象，通常稱這類現(xiàn)象為遠(yuǎn)近效應(yīng)。者更弱和以強(qiáng)壓弱

11、的現(xiàn)象，通常稱這類現(xiàn)象為遠(yuǎn)近效應(yīng)。PowerfPowerf22多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)由于接收的移動(dòng)用戶高速運(yùn)動(dòng)而引起傳播速率的擴(kuò)散而引起的，其擴(kuò)由于接收的移動(dòng)用戶高速運(yùn)動(dòng)而引起傳播速率的擴(kuò)散而引起的，其擴(kuò)散程度與用戶運(yùn)動(dòng)的速度成正比。散程度與用戶運(yùn)動(dòng)的速度成正比。23電磁波的繞射傳播 電波在傳播途徑上遇到障礙物時(shí)，總是力圖繞過障礙物，再向前傳播。電波在傳播途徑上遇到障礙物時(shí)，總是力圖繞過障礙物，再向前傳播。這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波的繞射能力較弱，在高大建筑物后面會(huì)這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波的繞射能力較弱，在高大建筑物后面會(huì)形成所謂的形成所謂的“陰影區(qū)陰影區(qū)”。信號(hào)質(zhì)量受到影響的程度不僅

12、和接收天線距建筑。信號(hào)質(zhì)量受到影響的程度不僅和接收天線距建筑物的距離及建筑物的高度有關(guān)，還和頻率有關(guān)。物的距離及建筑物的高度有關(guān)，還和頻率有關(guān)。 例如一個(gè)建筑物的高度為米，在距建筑物米處接收的信號(hào)質(zhì)量幾乎不受影響，但在距建筑物米處，接收信號(hào)場強(qiáng)將比無高摟時(shí)明顯減弱。這時(shí)，如果接收的是兆赫的電視信號(hào)，接收信號(hào)場強(qiáng)比無高摟時(shí)減弱分貝，當(dāng)接收兆赫的電視信號(hào)時(shí)，接收信號(hào)場強(qiáng)將比無高摟時(shí)減弱分貝。如果建筑物的高度增加到米時(shí)，則在距建筑物米以內(nèi)，接收信號(hào)的場強(qiáng)都將受到影響，因而有不同程度的減弱。也就是說，頻率越高，建筑物越高、越近，影響越大。也就是說，頻率越高，建筑物越高、越近，影響越大。相反，頻率越低，

13、建筑物越矮、越遠(yuǎn)，影響越小。相反，頻率越低，建筑物越矮、越遠(yuǎn)，影響越小。 因此，架設(shè)天線選擇基站場地時(shí)，必須按上述原則來考慮對(duì)繞射傳播因此，架設(shè)天線選擇基站場地時(shí)，必須按上述原則來考慮對(duì)繞射傳播可能產(chǎn)生的各種不利因素，并努力加以避免?？赡墚a(chǎn)生的各種不利因素，并努力加以避免。2425第二部分第二部分天線的基本相關(guān)知識(shí)天線的基本相關(guān)知識(shí)26B B l la ah h blahb l a hblah 把從導(dǎo)線上傳下來的電信號(hào)做為無線電波發(fā)射到空把從導(dǎo)線上傳下來的電信號(hào)做為無線電波發(fā)射到空間間. 收集無線電波并產(chǎn)生電信號(hào)收集無線電波并產(chǎn)生電信號(hào)27 天線的作用作用就是將傳輸線中的高頻電磁能轉(zhuǎn)化為自由空

14、間的電磁波，或反之將自由空間的電磁波轉(zhuǎn)化為傳輸線中的高頻電磁能。 了解天線的相關(guān)性能，必須掌握自由空間中的電磁波相關(guān)知識(shí)及高頻傳輸?shù)南嚓P(guān)知識(shí)。28 導(dǎo)線載有交變電流時(shí)，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長短和形狀有關(guān).如果導(dǎo)線位置如由于兩導(dǎo)線的距離很近，且兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢幾乎可以抵消，因而輻射很微弱。如果將兩導(dǎo)線張開，這時(shí)由于兩導(dǎo)線的電流方向相同，由兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢方向相同，因而輻射較強(qiáng)。當(dāng)導(dǎo)線的長度遠(yuǎn)小于波長時(shí)，導(dǎo)線的電流很小，輻射很微弱. 當(dāng)導(dǎo)線的長度增大到可與波長相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流就大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。通常將上述能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為振子。

15、29 同軸線變化為天線同軸線變化為天線30 天線可視為一個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)31 兩臂長度相等的振子叫做對(duì)稱振子。每臂長度為四分兩臂長度相等的振子叫做對(duì)稱振子。每臂長度為四分 之一波長。全長與波長相等的振子，稱為全波對(duì)稱振子。之一波長。全長與波長相等的振子，稱為全波對(duì)稱振子。 將振子折合起來的，稱為折合振子。將振子折合起來的，稱為折合振子。波長波長1/2波長波長 一個(gè)一個(gè)1/2波長的對(duì)稱振子在波長的對(duì)稱振子在800MHz 約約 200mm長長 400MHz 約約 400mm 長長1/4波長波長1/4波長波長1/2波長波長振子振子32 半波振子上的場分布半波振子上的場分布33垂直極化垂直極化水平極化水平極

16、化+ 45度傾斜的極化度傾斜的極化- 45度傾斜的極化度傾斜的極化 天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向天線輻射的電磁場的電場方向就是天線的極化方向34V/H (垂直垂直/水平水平)傾斜傾斜 (+/- 45) 傳輸兩個(gè)獨(dú)立的波，兩個(gè)天線為一個(gè)整體。傳輸兩個(gè)獨(dú)立的波，兩個(gè)天線為一個(gè)整體。雙極化天線35 如果電波在傳播過程中電場的方向是旋轉(zhuǎn)的，就叫作橢圓極化波。如果電波在傳播過程中電場的方向是旋轉(zhuǎn)的，就叫作橢圓極化波。旋轉(zhuǎn)過程中，如果電場的幅度，即大小保持不變，我們就叫它為圓極旋轉(zhuǎn)過程中，如果電場的幅度，即大小保持不變，我們就叫它為圓極化波。向傳播方向看去順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的叫右旋圓極化波，反

17、時(shí)針方化波。向傳播方向看去順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的叫右旋圓極化波，反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的叫做左旋圓極化波。向旋轉(zhuǎn)的叫做左旋圓極化波。垂直極化波要用具有垂直極化特性的天垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收；水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收；右旋圓線來接收；水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收；右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收；而左旋圓極化波要用極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收；而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。當(dāng)來波的極化方向與接收天線的具有左旋圓極化特性的天線來接收。當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，在接收過程中通常都要產(chǎn)生極化損失，例

18、如：當(dāng)極化方向不一致時(shí)，在接收過程中通常都要產(chǎn)生極化損失，例如：當(dāng)用圓極化天線接收任一線極化波，或用線極化天線接收任一圓極化波用圓極化天線接收任一線極化波，或用線極化天線接收任一圓極化波時(shí)，都要產(chǎn)生分貝的極化損失，即只能接收到來波的一半能量。時(shí)，都要產(chǎn)生分貝的極化損失，即只能接收到來波的一半能量。圓極化波36 當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，在接收過程當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，在接收過程 中通常都要產(chǎn)生極化損失，例如：當(dāng)用圓極化天線接收任一線極化波中通常都要產(chǎn)生極化損失，例如：當(dāng)用圓極化天線接收任一線極化波 ，或用線極化天線接收任一圓極化波時(shí)，都要產(chǎn)生分貝的極

19、化損失，或用線極化天線接收任一圓極化波時(shí)，都要產(chǎn)生分貝的極化損失， 即只能接收到來波的一半能量；即只能接收到來波的一半能量； 當(dāng)接收天線的極化方向（例如水平或右旋圓極化）與來波的極化當(dāng)接收天線的極化方向（例如水平或右旋圓極化）與來波的極化 方向（相應(yīng)為垂直或左旋圓極化）完全正交時(shí)，接收天線也就完全接方向（相應(yīng)為垂直或左旋圓極化）完全正交時(shí)，接收天線也就完全接 收不到來波的能量，這時(shí)稱來波與接收天線極化是隔離的。收不到來波的能量，這時(shí)稱來波與接收天線極化是隔離的。 37 隔離代表饋送到一種極化的信號(hào)在另外一種極化中出 現(xiàn)的比例。 1000mW (即即1W)1mW在這種情況下的隔離為在這種情況下的

20、隔離為10log(1000mW/1mW) = 30dB38 天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力。天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力。 對(duì)于接收天線而言，方向性表示天線對(duì)不同方向傳來的對(duì)于接收天線而言，方向性表示天線對(duì)不同方向傳來的 電波所具有的接收能力。天線的方向性的特性曲線通常電波所具有的接收能力。天線的方向性的特性曲線通常 用方向圖來表示用方向圖來表示. . 方向圖可用來說明天線在空間各個(gè)方向上所具有的發(fā)方向圖可用來說明天線在空間各個(gè)方向上所具有的發(fā) 射或接收電磁波的能力。射或接收電磁波的能力。 39 天線輻射電磁波是有方向性的，它表示天線向一定方天線輻射電磁波是有

21、方向性的，它表示天線向一定方面輻射電磁波的能力。反之，作為接收天線的方向性表面輻射電磁波的能力。反之，作為接收天線的方向性表示了它接收不同方向來的電磁波的能力。我們通常用垂示了它接收不同方向來的電磁波的能力。我們通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向輻射（或接收）電磁直平面及水平平面上表示不同方向輻射（或接收）電磁波功率大小的曲線來表示天線的方向性，并稱為天線輻波功率大小的曲線來表示天線的方向性，并稱為天線輻射的方向圖。同時(shí)用半功率點(diǎn)之間的夾角表示了天線方射的方向圖。同時(shí)用半功率點(diǎn)之間的夾角表示了天線方向圖中的水平波束寬度及垂直波束寬度。向圖中的水平波束寬度及垂直波束寬度。 40頂視頂視側(cè)視側(cè)

22、視 在地平面上，為了把信號(hào)集中到所需要的地方，要在地平面上，為了把信號(hào)集中到所需要的地方，要 求把求把“面包圈面包圈” ” 壓成扁平的壓成扁平的 一個(gè)單一的對(duì)稱振子具有一個(gè)單一的對(duì)稱振子具有“面包圈面包圈” ” 形的方向圖。形的方向圖。4160 (eg)峰值峰值 - 3dB點(diǎn)點(diǎn) - 3dB點(diǎn)點(diǎn)3dB 波束寬度波束寬度水平面方向圖水平面方向圖峰值峰值- 3dB點(diǎn)點(diǎn)- 3dB點(diǎn)點(diǎn)15 (eg)垂直面方向圖垂直面方向圖立體方向圖立體方向圖42下旁瓣抑制下旁瓣抑制上旁瓣抑制上旁瓣抑制4344垂直方向圖垂直方向圖45 無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一

23、定的頻 率范圍內(nèi)工作的，通常，工作在中心頻率時(shí)天線所能輸率范圍內(nèi)工作的，通常，工作在中心頻率時(shí)天線所能輸 送的功率最大，偏離中心頻率時(shí)它所輸送的功率都將減送的功率最大，偏離中心頻率時(shí)它所輸送的功率都將減 小，據(jù)此可定義天線的頻率帶寬。小，據(jù)此可定義天線的頻率帶寬。 有幾種不同的定義：有幾種不同的定義： 一種是指天線增益下降三分貝時(shí)的頻帶寬度；一種是指天線增益下降三分貝時(shí)的頻帶寬度； 一種是指在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度。一種是指在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度。 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說，就在移動(dòng)通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說，就 是當(dāng)天線的輸入駐波比是當(dāng)天線的

24、輸入駐波比1.51.5時(shí)，天線的工作帶寬。時(shí)，天線的工作帶寬。46在在 820 MHz 1/2 波長波長 為為 180mm, 在在890 MHz 為為 170mm 175mm對(duì)對(duì) 850MHz 將是最佳的將是最佳的該天線的頻帶寬度該天線的頻帶寬度 = 890 - 820 = 70MHz 當(dāng)天線的工作波長不是最佳時(shí)天線性能要下降，在當(dāng)天線的工作波長不是最佳時(shí)天線性能要下降，在天線工作頻帶內(nèi)，天線性能下降不多，仍然是可以接受天線工作頻帶內(nèi)，天線性能下降不多，仍然是可以接受的。的。在在 850MHz 1/2 波長振波長振子最佳子最佳在在 890MHz天線振子天線振子在在820MHz47電性能參數(shù)電性

25、能參數(shù)Electrical properties48天線駐波比天線駐波比表示天饋線 與基站（收發(fā)信機(jī)）匹 配程度的指標(biāo)。駐波比的定義：駐波比的定義： Umax饋線上波腹電壓； Umin饋線上波節(jié)電壓。ZA天線B饋線AZiABZinTZcUmaxUUmin49是由于入射波能量傳輸?shù)教炀€輸入端B未被全部吸收（輻射）、產(chǎn)生反射波，迭加而形成的。VSWR越大，反射越大，匹配越差。那么，駐波比差，到底有哪些壞處？在工程上可以接受的 駐波比是多少？一個(gè)適當(dāng)?shù)鸟v波比指標(biāo)是要在損失能量的數(shù)量與制造成本之間進(jìn)行折中權(quán)衡的。 1、VSWR1，說明輸進(jìn)天線的功率有一部分被反射回來，從而降低了天線的輻射功率； 2、增

26、大了饋線的損耗。7/8電纜損耗4dB/100m，是在VSWR=1（全匹配）情況下測的；有了反射功率，就增大了能量損耗，從而降低了饋線向天線的輸入功率； 3、在饋線輸入端A，失配嚴(yán)重時(shí)，發(fā)射機(jī)T的輸出功率達(dá)不到設(shè)計(jì)額定值。 50 經(jīng)過計(jì)算，駐波比對(duì)天線反射功率、所增大的饋線損耗與完全匹配（VSWR=1）時(shí)相比，所減小的總輻射功率的關(guān)系如下： VSRW=3.0VSRW=3.0時(shí)時(shí)，天線反射25%的功率（1.25dB），饋線新增損耗0.9dB，與完全匹配（VSRW=1）相比，功率多損失40%(2.15dB)； VSWR=1.5VSWR=1.5時(shí)時(shí)，天線反射4%的功率（0.17dB），饋線新增損耗0.

27、19dB，與完全匹配（VSWR=1）相比，功率多損失8%(0.36dB)； VSWR=1.4VSWR=1.4時(shí)時(shí)，天線反射2.8%的功率（0.12dB），饋線新增損耗0.09dB，與完全匹配（VSWR=1）相比，功率多損失4.7%(0.21dB)； VSWR=1.3VSWR=1.3時(shí)時(shí)，天線反射1.7%的功率（0.07dB），饋線新增損耗0.06dB，與完全匹配（VSWR=1）相比，功率多損失2.9%(0.13dB)。 可見，VSWR=1.3VSWR=1.3與與VSWR=1.5VSWR=1.5相比相比，功率損失僅減少了功率損失僅減少了0.23dB0.23dB，這在移動(dòng)通信的衰落傳播中，影響基本

28、可以忽略影響基本可以忽略。然而天線的制造成本卻高得多。 51 增益是指在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與 理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的場強(qiáng)的平方 之比，即功率之比。增益一般與天線方向圖有關(guān)，方 向圖主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。G（ 、 ）=4 U（ 、 ）/PA 單位：單位：dBi52一個(gè)單一對(duì)稱振子具有面包一個(gè)單一對(duì)稱振子具有面包圈形的方向圖輻射圈形的方向圖輻射一個(gè)各向同性的輻射器在所一個(gè)各向同性的輻射器在所有方向具有相同的輻射有方向具有相同的輻射一個(gè)天線與對(duì)稱振子相比較一個(gè)天線與對(duì)稱振子相比較的增益的增益用用“dBd”表示表示一個(gè)天線與各向同性輻射器一個(gè)天線與各向同性輻射器

29、相比較的增益用相比較的增益用“dBi”表示表示例如例如: 3dBd = 5.17dBi2.17dB 對(duì)稱振子的增益為對(duì)稱振子的增益為2.17dB 53在這兒增益在這兒增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd一個(gè)對(duì)稱臺(tái)振子一個(gè)對(duì)稱臺(tái)振子假設(shè)在接收機(jī)中假設(shè)在接收機(jī)中有1mW功率功率 在陣中有在陣中有4個(gè)對(duì)稱振子個(gè)對(duì)稱振子 在接收機(jī)中就在接收機(jī)中就有4 mW功率功率 更加集中的信號(hào)更加集中的信號(hào)對(duì)稱振子組陣能夠控制輻射能構(gòu)成“扁平的面包圈”對(duì)稱振子54 在我們的在我們的“扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線”中，反射面把功率聚焦到一個(gè)方向進(jìn)一步提高了增益。中，反射面把功率聚焦到一個(gè)方向進(jìn)一步提高了增益

30、。這里這里, “扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線” 與單個(gè)對(duì)稱振子相比的增益為與單個(gè)對(duì)稱振子相比的增益為10log(8mW/1mW) = 9dBd “扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線 ”將在接收機(jī)中有將在接收機(jī)中有8mW功率功率 “全向陣全向陣” 例如在接收機(jī)中為例如在接收機(jī)中為4mW功率功率 (頂視)天線天線 利用反射板可把輻射能控制聚集到一個(gè)方向上，反反射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線。射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線。定向天線55 天線和饋線的連接端，即饋電點(diǎn)兩端感應(yīng)的信號(hào)電壓與信號(hào)天線和饋線的連接端，即饋電點(diǎn)兩端感應(yīng)的信號(hào)電壓與信號(hào)電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗有電阻分量和電抗分電流之比，

31、稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗有電阻分量和電抗分量。輸入阻抗的電抗分量會(huì)減少從天線進(jìn)入饋線的有效信號(hào)功率。量。輸入阻抗的電抗分量會(huì)減少從天線進(jìn)入饋線的有效信號(hào)功率。因此，必須使電抗分量盡可能為零，使天線的輸入阻抗為純電阻。因此，必須使電抗分量盡可能為零，使天線的輸入阻抗為純電阻。 輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)和工作波長有關(guān)，基本半波振子，即由輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)和工作波長有關(guān)，基本半波振子，即由中間對(duì)稱饋電的半波長導(dǎo)線，其輸入阻抗為（中間對(duì)稱饋電的半波長導(dǎo)線，其輸入阻抗為（73.173.142.542.5）歐）歐姆。當(dāng)把振子長度縮短時(shí)，就可以消除其中的電抗分姆。當(dāng)把振子長度縮短時(shí)，就可以消除其中的電抗分

32、量，使天線的輸入阻抗為純電阻，即使半波振子的輸入阻抗為量，使天線的輸入阻抗為純電阻，即使半波振子的輸入阻抗為73.173.1歐（標(biāo)稱歐（標(biāo)稱7575歐）。歐）。 而全長約為一個(gè)波長，且折合彎成形管形狀由中間對(duì)稱饋而全長約為一個(gè)波長，且折合彎成形管形狀由中間對(duì)稱饋電的折合半波振子，可看成是兩個(gè)基本半波振子的并聯(lián)，而輸入電的折合半波振子，可看成是兩個(gè)基本半波振子的并聯(lián)，而輸入阻抗為基本半波振子輸入阻抗的四倍，即阻抗為基本半波振子輸入阻抗的四倍，即292292歐（標(biāo)稱歐（標(biāo)稱300300歐）。歐）。56以以dB表示的前后比表示的前后比 = 10 log 典型值為典型值為 25dB 左右左右目的是有一

33、個(gè)盡可能小的反向功率目的是有一個(gè)盡可能小的反向功率(前向功率前向功率)(反向功率反向功率) 方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比。它大，天方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比。它大，天線定向接收性能就好。基本半波振子天線的前后比為，線定向接收性能就好?；景氩ㄕ褡犹炀€的前后比為，所以對(duì)來自振子前后的相同信號(hào)電波具有相同的接收能力。所以對(duì)來自振子前后的相同信號(hào)電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57方位即水平面方向圖120 (eg)峰值峰值 - 10dB點(diǎn)點(diǎn) - 10dB點(diǎn)點(diǎn)10dB 波束寬度波束寬度60 (eg)峰值峰值 - 3dB點(diǎn)點(diǎn) - 3dB點(diǎn)點(diǎn)3dB 波束寬度波束寬

34、度15 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB32 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB俯仰面即垂直面方向圖 在方向圖中通常都有兩個(gè)瓣或多個(gè)瓣，其中最大的瓣稱為主瓣在方向圖中通常都有兩個(gè)瓣或多個(gè)瓣，其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩半功率點(diǎn)間的夾角定義為天線方向圖，其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩半功率點(diǎn)間的夾角定義為天線方向圖的波瓣寬度。稱為半功率（角）瓣寬。主瓣瓣寬越窄，則方向性越的波瓣寬度。稱為半功率（角）瓣寬。主瓣瓣寬越窄，則方向性越好，抗干擾能力越強(qiáng)。好，抗干擾能力越強(qiáng)。58水平波瓣3dB寬度定向天線：65/90/105/120 全向天線

35、：3605960 全向天線增益與垂直波瓣寬全向天線增益與垂直波瓣寬度度61 9dBd 9dBd全向天線全向天線62下副瓣抑制 (dB)上副瓣抑制 (dB)問題問題: 旁瓣抑制與零點(diǎn)填充有什么好處旁瓣抑制與零點(diǎn)填充有什么好處?6364 為使波束指向朝向地面，需要天線下傾無下傾無下傾電下傾電下傾機(jī)械下傾機(jī)械下傾 由圖可以看出機(jī)械下傾方法。當(dāng)下傾角度達(dá)到10時(shí)，水平方向圖嚴(yán)重變形，必然產(chǎn)生越區(qū)覆蓋；而電下傾時(shí)，水平方向圖基本保持不變。 656 電下傾電下傾+ 4 機(jī)械下傾機(jī)械下傾10機(jī)械下傾機(jī)械下傾10電下傾電下傾6667 天線波束下傾的作用天線波束下傾的作用 控制覆蓋 減小交調(diào) 電下傾的實(shí)現(xiàn)方式電

36、下傾的實(shí)現(xiàn)方式 右圖6869天線輻射的水平波束寬度決定了天線輻射的電磁波天線輻射的水平波束寬度決定了天線輻射的電磁波 水平覆蓋的范圍水平覆蓋的范圍 天線垂直波束寬度決定了傳輸距離及縱向覆蓋。天線垂直波束寬度決定了傳輸距離及縱向覆蓋。70710。、rFZD 由拋物反射面的幾何關(guān)由拋物反射面的幾何關(guān)系可得反射面的方程為：系可得反射面的方程為：在直角坐標(biāo)中在直角坐標(biāo)中r24F(FZ) 在極坐標(biāo)中在極坐標(biāo)中 F/cos2( /2)式中式中F是焦距；是焦距；D是直徑；是直徑； 是焦點(diǎn)到反射面的距離；是焦點(diǎn)到反射面的距離； 是 與 是 與 Z 軸 的 夾 角 。軸 的 夾 角 。反射面的半張角反射面的半張

37、角 0 0與與F/DF/D的的關(guān)系為：關(guān)系為：DFTan41210 拋物面天線的簡單幾何關(guān)系拋物面天線的簡單幾何關(guān)系72饋源主反射面副反射面反射面饋源反射面饋源副反射面饋源主反射面 按饋源的饋電位置可分為前饋和后饋，其中每一種又可分為正饋和按饋源的饋電位置可分為前饋和后饋，其中每一種又可分為正饋和偏饋。偏饋。 按反射面的設(shè)置還可分為單反射面天線和雙反射面天線，雙反射面按反射面的設(shè)置還可分為單反射面天線和雙反射面天線，雙反射面天線由一次（主）反射面和二次（副）反射面組成。天線由一次（主）反射面和二次（副）反射面組成。幾種常用的反射面天線73 反射面天線的增益和瓣寬與天線饋源的方向圖形狀有關(guān)，與它

38、反射面天線的增益和瓣寬與天線饋源的方向圖形狀有關(guān)，與它對(duì)反射面邊緣的照射電平有關(guān)。如果饋源對(duì)反射面的照射是均勻的對(duì)反射面邊緣的照射電平有關(guān)。如果饋源對(duì)反射面的照射是均勻的天線增益就高，但同時(shí)天線的旁瓣也高，抗干擾性能就差。通常情天線增益就高，但同時(shí)天線的旁瓣也高，抗干擾性能就差。通常情況下，饋源照射呈鐘形分布。考慮增益和旁瓣要求，在反射面邊緣況下，饋源照射呈鐘形分布。考慮增益和旁瓣要求，在反射面邊緣的照射電平一般取的照射電平一般取-10-12dB. 口面直徑為口面直徑為D 的拋物反射面天線的增益和主瓣寬度可用下列公的拋物反射面天線的增益和主瓣寬度可用下列公式近似計(jì)算：式近似計(jì)算： 增益增益 主

39、瓣寬度主瓣寬度2DG度D705 .0拋物面天線的增益與瓣寬74 它的工作帶寬主要取決于饋源的工作帶寬。極化方式也取決于它的工作帶寬主要取決于饋源的工作帶寬。極化方式也取決于饋源，當(dāng)采用圓極化饋源時(shí)，對(duì)單反射面天線其極化旋向與饋源極饋源，當(dāng)采用圓極化饋源時(shí)，對(duì)單反射面天線其極化旋向與饋源極化旋向相反，對(duì)雙反射面天線其極化旋向與饋源極化旋向相同。對(duì)化旋向相反，對(duì)雙反射面天線其極化旋向與饋源極化旋向相同。對(duì)于單線極化應(yīng)用，可采用與饋源極化方向一致的柵格反射面替代實(shí)于單線極化應(yīng)用，可采用與饋源極化方向一致的柵格反射面替代實(shí)體反射面。柵格的間距與工作頻率和柵格導(dǎo)體直徑有關(guān)。體反射面。柵格的間距與工作頻率和柵格導(dǎo)體直徑有關(guān)。 拋物面天線原形是建立在幾何光學(xué)基礎(chǔ)上的。通常反射面直徑、拋物面天線原形是建立在幾何光學(xué)基礎(chǔ)上的。通常反射面直徑、至少要在至少要在6 以上。例如在以上。例如在1GHz采用拋物面天線其直徑至少就要采用拋物面天線其直徑至少就要1.8m。因此它主要適用于超短波高頻段和微波頻段。以天線口徑為。因此它主要適用于超短波高頻段和微波頻段。以天線口徑為50cm，工作頻率為，工作頻率為11GHz 的拋物面天線為例，其增益約為的拋物面天線為例，其增益約為 G 32.2dB33.3dB，半功率瓣寬，半功率瓣寬 0.5 3.8度度 在這種情況下，在在這種情況下，在10公里距離上架設(shè)的該種天線