吳通天線技術(shù)交流

1、天線技術(shù)交流天線技術(shù)交流蘇州市吳通天線有限公司蘇州市吳通天線有限公司主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.天線的基本概念；天線的基本概念；2.天線的主要性能參數(shù)；天線的主要性能參數(shù)；3.測(cè)試設(shè)備和測(cè)試方法；測(cè)試設(shè)備和測(cè)試方法；4.終端天線及設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題；終端天線及設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題；5.板狀天線及設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題；板狀天線及設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題；1、天線的基本概念、天線的基本概念l天線的基本定義和輻射原理天線的定義天線的定義 能夠有效地向空間某特定方向輻射電磁波或能夠有效地接收空間某特定方向來的電磁波的裝置。 能量轉(zhuǎn)換導(dǎo)行波和自由空間波的轉(zhuǎn)換； 定向輻射（接收）具有一定的方向性。天線的輻射

2、原理：1、天線的基本概念、天線的基本概念l半波振子根據(jù)根據(jù)C（光速）（光速）=f（頻率）（頻率）（波長）（波長） 得出波長與頻率成反比得出波長與頻率成反比頻率越低，波長越長，天線越大1/4 1/4 波長波長1/4 1/4 波長波長1/2 1/2 波長波長半波振子半波振子波長波長1/2 1/2 波長波長半波振子是天線的基本輻射單元2、天線的主要性能參數(shù)、天線的主要性能參數(shù)l2.1、天線的方向性系數(shù)和增益；、天線的方向性系數(shù)和增益；l2.2、天線的駐波；、天線的駐波；l2.3、電壓駐波比、反射系數(shù)及回波損耗之間的換算；、電壓駐波比、反射系數(shù)及回波損耗之間的換算；l2.4、天線的極化；、天線的極化；

3、l2.5、天線的方向圖；、天線的方向圖；2.1、天線的方向性系數(shù)和增益、天線的方向性系數(shù)和增益2.1、天線的方向性系數(shù)和增益、天線的方向性系數(shù)和增益l天線的方向特性可以用方向圖來描述，通常以方向性系數(shù)表天線的方向特性可以用方向圖來描述，通常以方向性系數(shù)表示天線輻射電磁波能量的集中程度。其定義是：示天線輻射電磁波能量的集中程度。其定義是：在在同樣的輻射功率同樣的輻射功率時(shí)，時(shí)，有方向性天線有方向性天線在最大輻射方向遠(yuǎn)區(qū)某點(diǎn)的在最大輻射方向遠(yuǎn)區(qū)某點(diǎn)的功率通量密度（單位面積上通過的電場(chǎng)功率，正比于電場(chǎng)強(qiáng)度的功率通量密度（單位面積上通過的電場(chǎng)功率，正比于電場(chǎng)強(qiáng)度的平方）與平方）與無方向性天線無方向性天

4、線在在該點(diǎn)該點(diǎn)的的功率通量密度之比功率通量密度之比，用于描述天，用于描述天線在特定方向上的能力集中的程度，用線在特定方向上的能力集中的程度，用D來表示。來表示。注：無方向性天線，通常指點(diǎn)源各向同性天線，其方向圖為球形。注：無方向性天線，通常指點(diǎn)源各向同性天線，其方向圖為球形。2.1、天線的方向性系數(shù)和增益、天線的方向性系數(shù)和增益l天線的增益：天線的增益：G=D其中，其中，和和D分別是該天線的效率和方向性系數(shù)，對(duì)于駐波良好的分別是該天線的效率和方向性系數(shù)，對(duì)于駐波良好的天線天線接近接近1，可以認(rèn)為天線的增益與天線的方向性系數(shù)在數(shù)值上，可以認(rèn)為天線的增益與天線的方向性系數(shù)在數(shù)值上是相等的。是相等的

5、。l當(dāng)用點(diǎn)源天線作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，說得到的增益往往被稱為天線的絕當(dāng)用點(diǎn)源天線作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，說得到的增益往往被稱為天線的絕對(duì)增益用對(duì)增益用dBi表示；表示；l當(dāng)用半波振子作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，所得到的增益被稱為天線的相對(duì)增當(dāng)用半波振子作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，所得到的增益被稱為天線的相對(duì)增益，用益，用dBd表示，兩者相差表示，兩者相差2.15dB（1.64倍）倍）l即：即：dBi-dBd=2.15dBl思考：增益和方向性系數(shù)的區(qū)別？思考：增益和方向性系數(shù)的區(qū)別？2.1、天線的方向性系數(shù)和增益、天線的方向性系數(shù)和增益l板狀天線或高增益天線是否需要考慮測(cè)試中的效率問題？l測(cè)試場(chǎng)的種類：1、小型測(cè)試場(chǎng)；（遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試&近場(chǎng)測(cè)試）

6、可以進(jìn)行3D測(cè)試2、大型測(cè)試場(chǎng)；通常無法進(jìn)行3D測(cè)試，測(cè)試固定的面但是測(cè)試步進(jìn)等指標(biāo)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于小型測(cè)試場(chǎng)。3、緊縮場(chǎng)等。l效率是評(píng)判手機(jī)內(nèi)低增益天線性能的指標(biāo)，在實(shí)際測(cè)試中是基于理論模型進(jìn)行計(jì)算得到的值，對(duì)于板狀天線和高增益天線目前還沒有有效的理論模型。l板狀天線的測(cè)試需要滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件。 水平面波束寬度水平面波束寬度 = 360 垂直面波束寬度垂直面波束寬度= 78 水平面水平面H H面面垂直面垂直面E E面面立體圖立體圖方向圖象一個(gè)“汽車輪胎”半波振子半波振子2.1、天線的方向性系數(shù)和增益、天線的方向性系數(shù)和增益將“輪胎”壓扁，信號(hào)就越集中，增益就越高，天線尺寸就越大。 增益、方向圖和天線尺

7、寸之關(guān)系增益、方向圖和天線尺寸之關(guān)系2.1、天線的方向性系數(shù)和增益、天線的方向性系數(shù)和增益將“輪胎”壓扁，信號(hào)就越集中，增益就越高，天線尺寸就越大。 增益、方向圖和天線尺寸之關(guān)系增益、方向圖和天線尺寸之關(guān)系2.1、天線的方向性系數(shù)和增益、天線的方向性系數(shù)和增益增益增益-dBi波束寬度波束寬度-deg輻射振子長度輻射振子長度-mm27545538100720210天線增益估算log(n)10GainGainGainGainarray單元天線增益的幾個(gè)要點(diǎn)天線是無源器件，不能產(chǎn)生能量。天線增益只是將能量有效集中向某特定方向輻射或接受電磁波的能力。天線的增益由振子疊加而產(chǎn)生。增益越高，天線長度越長。

8、天線增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。增益、方向圖和天線尺寸之關(guān)系增益、方向圖和天線尺寸之關(guān)系2.1、天線的方向性系數(shù)和增益、天線的方向性系數(shù)和增益2.1、天線的方向性系數(shù)和增益、天線的方向性系數(shù)和增益Point ValuesAnt. Port Input Pwr. (dBm)Tot. Rad. Pwr. (dBm)Peak EIRP (dBm)Directivity (dBi)Efficiency (dB)Efficiency (%)Gain (dBi)Frequency (MHz)24000-1.083875.044216.12809-1.0838777.91355.044212

9、4100-1.027365.206666.23402-1.0273678.9345.2066624200-0.938625.394996.33361-0.9386280.56345.3949924300-0.82725.573796.40099-0.827282.6575.5737924400-0.799515.641546.44104-0.7995183.18585.6415424500-0.732825.746516.47933-0.7328284.4735.7465124600-0.603455.856496.45994-0.6034587.02715.8564924700-0.5985

10、25.789796.38832-0.5985287.1265.7897924800-0.604535.862636.46717-0.6045387.00555.8626324900-0.563095.779526.34261-0.5630987.83975.7795225000-0.731565.615816.34738-0.7315684.49745.615812.1、天線的方向性系數(shù)和增益、天線的方向性系數(shù)和增益2.4GGain (dBi)-146-10-6-22XYZAzimuth = 0.0Elevation = 0.0Roll = 0.02.45GGain (dBi)-146-10-

11、6-22XYZAzimuth = 0.0Elevation = 0.0Roll = 0.0X to YGain (dBi)Angle (degree)Scale: 5/divMin: -30Max: 1001803021060240902701203001503302400 MHz2450 MHz2500 MHzX to ZGain (dBi)Angle (degree)Scale: 5/divMin: -30Max: 1001803021060240902701203001503302400 MHz2450 MHz2500 MHz2.2、天線的駐波、天線的駐波l天線的主要功能：天線的主要功能

12、：是有效的將傳輸線送來的高頻傳導(dǎo)電流轉(zhuǎn)變?yōu)榭帐怯行У膶鬏斁€送來的高頻傳導(dǎo)電流轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g的電磁波間的電磁波或者反過來將空間的電磁波轉(zhuǎn)變?yōu)閭鬏斁€中的信或者反過來將空間的電磁波轉(zhuǎn)變?yōu)閭鬏斁€中的信號(hào)功率號(hào)功率2.2、天線的駐波、天線的駐波l移動(dòng)通信系統(tǒng)中，常用的饋線特性阻抗是：移動(dòng)通信系統(tǒng)中，常用的饋線特性阻抗是：50因此，常用的天線因此，常用的天線特性阻抗特性阻抗也必須是也必須是50；但是由于天線是頻變器件及天線特性隨著頻率但是由于天線是頻變器件及天線特性隨著頻率變化的特性比較明顯，必須有一個(gè)指標(biāo)來描述變化的特性比較明顯，必須有一個(gè)指標(biāo)來描述天線阻抗和特性阻抗偏離程度。天線阻抗和特性阻抗偏離程度。

13、2.2、天線的駐波、天線的駐波l實(shí)際上對(duì)阻抗的偏差要規(guī)定一個(gè)容限，其表示方法是駐波比，實(shí)際上對(duì)阻抗的偏差要規(guī)定一個(gè)容限，其表示方法是駐波比，駐波比即用來描述相當(dāng)于標(biāo)稱值的偏差程度。駐波比即用來描述相當(dāng)于標(biāo)稱值的偏差程度。l駐波比也即電壓駐波比，簡(jiǎn)寫為駐波比也即電壓駐波比，簡(jiǎn)寫為VSWR，它定義為該端點(diǎn)上，它定義為該端點(diǎn)上電電壓最大值與電壓最小值之比壓最大值與電壓最小值之比，顯然，電壓最大值為入射波與反，顯然，電壓最大值為入射波與反射波之復(fù)數(shù)模相加，而電壓最小值為入射波和反射波的復(fù)數(shù)模射波之復(fù)數(shù)模相加，而電壓最小值為入射波和反射波的復(fù)數(shù)模相減。相減。l通常，工程上要求天線的通常，工程上要求天線的

14、VSWR2，部分多頻和寬頻帶天線需，部分多頻和寬頻帶天線需要放寬駐波指標(biāo)。要放寬駐波指標(biāo)。2.2、天線的駐波、天線的駐波2.3、電壓駐波比、反射系數(shù)和回波損耗間的換、電壓駐波比、反射系數(shù)和回波損耗間的換算算l由于天線和傳輸線之間的阻抗存在匹配，因此，存在反射波，由于天線和傳輸線之間的阻抗存在匹配，因此，存在反射波，反射波與入射波之比反射波與入射波之比稱為反射系數(shù)稱為反射系數(shù)，為一復(fù)數(shù)。為一復(fù)數(shù)。l電壓駐波比電壓駐波比VSWR和反射系數(shù)和反射系數(shù)之間的關(guān)系為：之間的關(guān)系為：l反射系數(shù)復(fù)模的對(duì)數(shù)分貝值即回波損耗反射系數(shù)復(fù)模的對(duì)數(shù)分貝值即回波損耗RL2.3、電壓駐波比、反射系數(shù)和回波損耗間的換、電壓

15、駐波比、反射系數(shù)和回波損耗間的換算算l反射系數(shù)復(fù)模的平方即為反射功率比反射系數(shù)復(fù)模的平方即為反射功率比2.3、電壓駐波比、反射系數(shù)和回波損耗間的換、電壓駐波比、反射系數(shù)和回波損耗間的換算算2.3、電壓駐波比、反射系數(shù)和回波損耗間的換、電壓駐波比、反射系數(shù)和回波損耗間的換算算2.4、天線極化、天線極化l“極化極化”是指電場(chǎng)強(qiáng)度矢量在空間運(yùn)動(dòng)的軌跡或變化的狀態(tài)。是指電場(chǎng)強(qiáng)度矢量在空間運(yùn)動(dòng)的軌跡或變化的狀態(tài)。通常電場(chǎng)強(qiáng)度矢量末端在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)橢圓，所以我通常電場(chǎng)強(qiáng)度矢量末端在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)橢圓，所以我們定義這種天線的極化為橢圓極化。們定義這種天線的極化為橢圓極化。l特殊情況當(dāng)特殊情況當(dāng)

16、x向和向和y向的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量等幅同相是電場(chǎng)末端軌跡向的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量等幅同相是電場(chǎng)末端軌跡為圓，稱為圓極化。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度矢量等幅反向是電場(chǎng)末端軌跡為圓，稱為圓極化。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度矢量等幅反向是電場(chǎng)末端軌跡為線，稱為線極化。為線，稱為線極化。2.4、天線極化、天線極化l當(dāng)線極化的方向與地面垂直時(shí)，稱為垂直極化。在通信系統(tǒng)中，當(dāng)線極化的方向與地面垂直時(shí)，稱為垂直極化。在通信系統(tǒng)中，天線通常采用垂直極化。天線通常采用垂直極化。垂直方式垂直方式水平方式水平方式+ 45+ 45斜角斜角- 45- 45斜角斜角2.5、天線的方向圖、天線的方向圖輻射參數(shù):主瓣；副瓣；半功率波束寬度；前后比；交叉極化鑒別率；增益；上

17、旁瓣抑制；下零點(diǎn)填充；波束下傾角；3.測(cè)試設(shè)備和測(cè)試方法測(cè)試設(shè)備和測(cè)試方法l電性能測(cè)試：方向圖、增益和效率測(cè)試；有源測(cè)試；駐波、回波損耗測(cè)試；插損測(cè)試（射頻線）；l可靠性測(cè)試3.測(cè)試設(shè)備和測(cè)試方法測(cè)試設(shè)備和測(cè)試方法l方向圖、增益和效率測(cè)試方向圖、增益和效率測(cè)試需要用到微波暗室，可以測(cè)量參數(shù)包括：1、增益；2、方向性系數(shù)；3、效率；4、TRP；5、TIS。3.測(cè)試設(shè)備和測(cè)試方法測(cè)試設(shè)備和測(cè)試方法l駐波、回波損耗、插入損耗（射頻線）測(cè)試網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試方法：1、設(shè)置機(jī)器工作頻段，并校準(zhǔn)；2、將天線或射頻線端口和網(wǎng)絡(luò)分析儀端口連接；3、讀取儀器數(shù)據(jù)。3.測(cè)試設(shè)備和測(cè)試方法測(cè)試設(shè)備和測(cè)試方法l可靠性測(cè)試

18、包括拉力測(cè)試壓力測(cè)試扭力測(cè)試跌落測(cè)試高低溫循環(huán)測(cè)試煙霧霉變測(cè)試主要操作按照儀器的操作規(guī)則進(jìn)行，在此不再贅述。4、終端天線及設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題、終端天線及設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題l4.1 終端天線的分類和性能對(duì)比；l4.2 終端天線指標(biāo)的意義；l4.3 終端天線應(yīng)用中應(yīng)注意的問題；l4.4 終端天線和終端電路的連接方式；l4.5 終端天線的一般選型原則。4.1、終端、終端天線的分類和性能天線的分類和性能對(duì)比對(duì)比傳統(tǒng)的終端天線可以根據(jù)天線所處的位置分為外置天線和內(nèi)置天線兩大類，終端天線按傳統(tǒng)的天線單元形式可分為：?jiǎn)螛O天線螺旋天線PCB天線貼片天線縫隙天線IFA天線和倒L天線PIFA其中前三種一般

19、是外置天線，后面的幾種是內(nèi)置天線。4.1、終端天線的分類和性能對(duì)比終端天線的分類和性能對(duì)比螺旋天線PCB天線4.1、終端天線的分類和性能對(duì)比終端天線的分類和性能對(duì)比PIFA天線微帶天線4.1、終端天線的分類和性能對(duì)比終端天線的分類和性能對(duì)比 天線類型天線類型 外置天線內(nèi)置天線內(nèi)置天線 單 極子天線螺旋天線P C B 天線P I F A天線貼片天線縫隙天線 價(jià)格價(jià)格比較比較拉 桿天 線 價(jià) 格比較貴。價(jià)格便宜價(jià) 格 便宜價(jià)格便宜很少用很少用 電 性電 性能比較能比較外置天線的駐波比可以做到2，增益可以做到0-1dBi。內(nèi)置天線，駐波比就比較差了。一般在6左右。增益了可做到0-1dBi。 用 途用

20、 途比較比較目前，終端上外置天線，螺旋天線目前，終端上外置天線，螺旋天線是主流，主要的原因是可以降低天線的是主流，主要的原因是可以降低天線的尺寸。尺寸。而而PCB的天線的天線使用的也是越來越使用的也是越來越多多。終端上的內(nèi)置天線，終端上的內(nèi)置天線，PIFA是現(xiàn)在使是現(xiàn)在使用得最多的一種內(nèi)置天線。主要是體積用得最多的一種內(nèi)置天線。主要是體積小，增益高，帶寬比較寬。小，增益高，帶寬比較寬。 4.2、終端、終端天線指標(biāo)的天線指標(biāo)的意義意義1、電壓駐波比電壓駐波比 對(duì)天線的輻射效率，天線的帶內(nèi)增益波動(dòng)，天線前對(duì)天線的輻射效率，天線的帶內(nèi)增益波動(dòng)，天線前端的功率容量有很大的影響，太大會(huì)影響擊穿功率。端的

21、功率容量有很大的影響，太大會(huì)影響擊穿功率。通常通常VSWR5mm； 最好天線周圍的地打上地孔保證地的完整性最好天線周圍的地打上地孔保證地的完整性。4.3、終端天線應(yīng)用中應(yīng)注意的問題終端天線應(yīng)用中應(yīng)注意的問題 4.3.2導(dǎo)電體對(duì)天線特性的導(dǎo)電體對(duì)天線特性的影響影響（內(nèi)置）（內(nèi)置）Dual bandTriple bandW *L 30*20 mm, H 6 mm W *L 30*25 mm, H 7 mm 天線需要最小的體積結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該根據(jù)這樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。才能夠滿足天線的性能要求。對(duì)于PCB布線的要求，饋電點(diǎn)位置的要求與外置螺旋天線相同。不同的地方在于PIFA天線有一個(gè)距離PCB的高度的

22、要求。對(duì)于雙頻天線，要求至少大于6mm。對(duì)于三頻天線，要求至少大于7mm。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該特別注意。4.4、終端天線和終端電路的終端天線和終端電路的連接方式連接方式1 卡接式卡式天線的模具費(fèi)用要貴一些，但是大批量的加工成本兩者之間相當(dāng)。所以是否選用卡式天線，主要考慮工業(yè)設(shè)計(jì)方面。2 螺紋連接式螺紋連接方式為普通的連接方式，主要問題是連接效率低，這是最基本的連接方式。3 插接式如愛立信的終端天線的連接方式，其還可分為兩種：1 帶有導(dǎo)向的插入方式，2 無導(dǎo)向的插入方式。4 觸點(diǎn)焊接式 內(nèi)置天線一般采用此種形式，內(nèi)置天線的觸點(diǎn)直接焊接到電路板上即可。4.5、終端、終端天線的一般選型天線的一般選型原則原則根據(jù)天線頻率：根據(jù)天線頻率：頻率低時(shí)，建議選擇外置天線，因?yàn)閮?nèi)置天線需要較大的面積，從而對(duì)終端結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)提出較嚴(yán)的要求，導(dǎo)致終端設(shè)計(jì)困難。4.5、終端天線的一般選型原則、終端天線的一般選型