天線基礎培訓

天線基礎培訓第一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.1天線簡介1.1.1天線作用與分類無線電發(fā)射機輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點后，由天線接下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機?？梢?，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個重要的無線電設備，沒有天線也就沒有無線電通信。第二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二對于眾多品種的天線，進行適當?shù)姆诸愂潜匾模喊从猛痉诸悾煞譃橥ㄐ盘炀€、電視天線、雷達天線等；按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等；按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線。第三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二13m衛(wèi)星通信天線

第四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二室外電視天線

第五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二室外電視天線

第六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二高頻地波雷達天線陣列

第七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二054a級530號新型護衛(wèi)艦雷達天線)第八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二中國海軍051C級驅逐艦上的防空雷達

第九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二短波天線第十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二短波環(huán)形天線第十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.2G微波高增益24DB拋物面定向天線

第十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二微波衛(wèi)星天線第十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二吸盤式全向天線

第十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二八木定向天線

第十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二5.8g24dbi定向天線

第十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二第十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.1.2電磁波的輻射

導線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導線的長度和形狀有關。如圖1.1.2a所示，若兩導線的距離很近，電場被束縛在兩導線之間，因而輻射很微弱；將兩導線張開，如圖1.1.2b所示，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強。必須指出，當導線的長度L遠小于波長λ時，輻射很微弱；導線的長度L增大到可與波長相比擬時，導線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射。第十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二圖1.1.2a圖1.1.2b第十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.2對稱振子對稱振子是一種經(jīng)典的、使用最廣泛的天線，單個半波對稱振子可簡單地獨立使用，也可采用多個半波對稱振子組成天線陣。兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子,見圖1.2a。另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個端點相迭，這個窄長的矩形框稱為折合振子，注意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半波折合振子,見圖1.2b。第二十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1/4波長對稱振子1/4波長1/2波長圖1.2a第二十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二圖1.2b第二十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.3天線主要參數(shù)1.3.1天線方向性發(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“面包圈”形的立體方向圖（圖1.3.1a）。立體方向圖雖然立體感強，但繪制困難，圖1.3.1b與圖1.3.1c給出了它的兩個主平面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。從圖1.3.1b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1.3.1c可以看出，在水平面上各個方向上的輻射一樣大。第二十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.3.1a立體方向圖

1.3.1b垂直面方向圖

1.3.1c水平面方向圖第二十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二天線方向性增強：若干個對稱振子組陣，能夠控制輻射，把信號進一步集中到在水平面方向上。圖1.3.2是半波振子排成天線陣時的方向圖。第二十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二單個半波振子垂直面方向圖增益為G=2.15dBi兩個半波振子垂直面方向圖增益為G=5.15dBi四個半波振子垂直面方向圖增益為G=8.15dBi單個半波振子兩個半波振子四個半波振子圖1.3.2天線陣方向圖

第二十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二 也可以利用反射板把輻射能控制到單側方向，平面反射板放在數(shù)組的一邊構成扇形區(qū)覆蓋天線。圖1.3.3說明了反射面的作用------反射面把功率反射到單側方向，提高了增益。第二十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二兩個半波振子（帶反射板）垂直面方向圖兩個半波振子（帶反射板）在垂直面上的配置增益為G=11~14dBi兩個半波振子（帶反射板）水平面方向圖圖1.3.3第二十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.3.2增益增益是指：在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比。它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高?？梢赃@樣來理解增益的物理含義------為在一定的距離上的某點處產(chǎn)生一定大小的信號，如果用理想的無方向性點源作為發(fā)射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為G=13dB=20的某定向天線作為發(fā)射天線時，輸入功率只需100/20=5W。半波對稱振子的增益為G=2.15dBi。(dBi表示比較對象是各向均勻輻射的理想點源)。第二十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二天線增益的若干近似計算式

1）天線主瓣寬度越窄，增益越高。對于一般天線，可用下式估算其增益：G（dBi）=10Lg{32000/（2θ3dB,E×2θ3dB,H）}式中，2θ3dB,E與2θ3dB,H分別為天線在兩個主平面上的波瓣寬度；

32000是統(tǒng)計出來的經(jīng)驗資料。

第三十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二2）對于拋物面天線，可用下式近似計算其增益：G（dBi）=10Lg{4.5×（D/λ0）2}式中：D為拋物面直徑；λ0為中心工作波長；4.5是統(tǒng)計出來的經(jīng)驗資料。3）對于直立全向天線，有近似計算式G（dBi）=10Lg{2L/λ0}式中，L為天線長度；λ0為中心工作波長；第三十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.3.3波瓣寬度方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。參見圖1.3.3，在主瓣最大輻射方向兩側，輻射強度降低3dB（功率密度降低一半）的兩點間的夾角定義為波瓣寬度（又稱

波束寬度

或

主瓣寬度

或

半功率角）。波瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠，抗干擾能力越強。

第三十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二方位即水平面方向圖120°(eg)峰值-10dB點-10dB點10dB波束寬度60°(eg)峰值-3dB點-3dB點3dB波束寬度15°(eg)PeakPeak-3dBPeak-3dB32°(eg)PeakPeak-10dBPeak-10dB俯仰面即垂直面方向圖圖1.3.3第三十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.3.4前后比 方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為F/B。前后比越大，天線的后向輻射（或接收）越小。如圖1.3.4。

F/B=10Lg{（前向功率密度）/（后向功率密度）}圖1.3.4第三十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.3.5上旁瓣抑制

對于基站天線，人們常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向圖中，主瓣上方第一旁瓣盡可能弱一些。這就是所謂的上旁瓣抑制?；镜姆諏ο笫堑孛嫔系囊苿与娫捰脩?，指向天空的輻射是毫無意義的。

第三十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.3.6天線的極化

天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構成。人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化---是最常用的；水平極化---也是要被用到的。EE垂直極化水平極化第三十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二下圖示出了另兩種單極化的情況：+45°極化與-45°極化，它們僅僅在特殊場合下使用。這樣，共有四種單極化了。EE第三十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二雙極化天線：下圖示出了另兩種單極化的情況：把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，就構成了一種新的天線---雙極化天線。第三十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二極化損失：

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。當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，接收到的信號都會變小，也就是說，發(fā)生極化損失。例如：當用+45°極化天線接收垂直極化或水平極化波時，或者，當用垂直極化天線接收+45°極化或-45°極化波時，等等情況下，都要產(chǎn)生極化損失。第三十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二極化隔離：

當接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，例如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來波時，天線就完全接收不到來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離。

理想的極化完全隔離是沒有的。例如下圖所示的雙極化天線中，設輸入垂直極化天線的功率為10W，結果在水平極化天線的輸出端測得的輸出功率為10mW。第四十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二垂直極化，10W水平極化，10mW在這種情況下的極化隔離為X=10Lg(10,000mW/10mW)=30(dB)第四十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.3.7天線的輸入阻抗Zin

定義：天線輸入端信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗具有電阻分量Rin和電抗分量Xin，即Zin=Rin+jXin。電抗分量的存在會減少天線從饋線對信號功率的提取，因此，必須使電抗分量盡可能為零，也就是應盡可能使天線的輸入阻抗為純電阻。事實上，即使是設計、調試得很好的天線，其輸入阻抗中總還含有一個小的電抗分量值。

第四十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二輸入阻抗與天線的結構、尺寸以及工作波長有關，半波對稱振子是最重要的基本天線，其輸入阻抗為Zin=73.1＋ｊ42.5(歐)

當把其長度縮短（３～５）％時，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，此時的輸入阻抗為Zin=73.1(歐),（標稱75歐）。注意，嚴格的說，純電阻性的天線輸入阻抗只是對點頻（即某一特定頻率）而言。第四十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二 在不匹配的情況下,饋線上同時存在入射波和反射波。兩者疊加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相減為最小，形成波節(jié)。這種合成波稱為駐波。反射波和入射波幅度之比叫作反射系數(shù)Γ

。駐波波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù)，也叫電壓駐波比(VSWR) 終端負載阻抗和特性阻抗越接近，反射系數(shù)越小，駐波系數(shù)越接近于１，匹配也就越好。第四十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.4移動通信常用基站天線與室內天線1.4.1板狀天線無論是GSM還是CDMA，板狀天線是最為普遍的一類基站天線。這種天線的優(yōu)點是：增益高、扇形區(qū)方向圖好、后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封性能可靠以及使用壽命長。其具體指標如下表所示。第四十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二頻率范圍824-960MHz頻帶寬度70MHz增益14~17dBi極化垂直標稱阻抗50Ohm電壓駐波比≤1.4前后比>25dB下傾角（可調）3~8°半功率波束寬度水平面：60°~120°垂直面：16°~8°垂直面上旁瓣抑制<-12dB互調≤110dBm第四十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.4.2八木定向天線

八木定向天線，具有增益較高、結構輕巧、架設方便、價格便宜等優(yōu)點。因此適用于點對點的通信，例如它是室內分布系統(tǒng)的室外接收天線的首選天線類型。八木定向天線的單元數(shù)越多，其增益越高，通常采用6-12單元的八木定向天線，其增益可達10-15dBi。第四十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.4.3室內吸頂天線 室內吸頂天線必須具有結構輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點。這種吸頂天線的內部結構，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶理論的基礎上，借助計算機的輔助設計，以及使用網(wǎng)絡分析儀進行調試，所以能很好地滿足在非常寬的工作頻帶內的駐波比要求，按照國家標準，在很寬的頻帶內工作的天線其駐波比指針為VSWR≤2。當然，能達到VSWR≤1.5更好。順便指出，室內吸頂天線屬于低增益天線,一般為G=2dBi。第四十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.4.4室內壁掛天線

室內壁掛天線同樣必須具有結構輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點。這種壁掛天線的內部結構，屬于空氣介質型微帶天線。由于采用了展寬天線頻寬的輔助結構，借助計算機的輔助設計，以及使用網(wǎng)絡分析儀進行調試，所以能較好地滿足了工作寬頻帶的要求。順便指出，室內壁掛天線具有一定的增益，約為G=7dBi。第四十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.5天線測試方法1.5.1測試場室外測試場如圖1.5.1圖1.5.1第五十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二第五十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二第五十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二室內測試場如圖1.5.2圖1.5.2第五十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二圖1.5.3第五十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二圖1.5.4完整測試系統(tǒng)第五十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二1.5.2天線測量1.駐波比測量第五十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二2.阻抗測量第五十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二方向圖測量如圖1.5.5所示。第五十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二圖1.5.5最小距離Rmin第五十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二第六十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二第六十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二第六十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二試驗目的高/低溫試驗濕熱試驗正弦振動試驗沖水試驗汽車運輸試驗五、環(huán)境與可靠性試驗

第六十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二五、環(huán)境與可靠性試驗

試驗目的

環(huán)境試驗提供了一種確定的、驗證環(huán)境影響的手段，目的在于發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在結構設計、材料選擇以及工藝方面的缺陷，以便采取適當?shù)拇胧?，改進產(chǎn)品預期使用環(huán)境的適應性；

其次是鑒定、考核產(chǎn)品的環(huán)境適應性，驗證是否滿足標準、技術規(guī)范或用戶的要求。

第六十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二高溫試驗試驗項目要求試驗方法測量項目高溫試驗溫度試驗樣品溫度穩(wěn)定時間持續(xù)試驗時間恢復時間溫度變化速率60℃±3℃1h2h1h1℃/min按GB/T2423.2駐波比交調目的：評價其在一定的高溫條件下貯存和使用的適應性。第六十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二低溫試驗試驗項目要求試驗方法測量項目低溫試驗溫度試驗樣品溫度穩(wěn)定時間持續(xù)試驗時間恢復時間溫度變化速率-40℃±3℃1h2h1h1℃/min按GB/T2423.1駐波比交調目的：評價其在一定的低溫條件下貯存和使用的適應性。第六十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二恒定濕熱試驗試驗項目要求試驗方法測量項目低溫試驗溫度相對濕度試驗時間恢復時間+40℃±2℃90%～95%24h1h按GB/T2423.3駐波比交調目的：評價其在一定的濕熱條件下貯存和使用的適應性。第六十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二高/低溫、濕熱試驗合格判定序號試驗項目合格判定備注1低溫試驗表面涂層應無剝落、裂痕起皺、分離等；非金屬結構件未發(fā)生永久變形、開裂、脫膠等；移動元器件無卡死或脫開；性能指標滿足技術規(guī)格要求。2高溫試驗7恒定濕熱第六十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二京信高低溫箱設備指標工作室尺寸：W1970×H2100×D3500；溫度范圍：－55℃～＋85℃；溫度波動度：±0.5℃；溫度均勻度：≤2℃；溫度偏差：±2℃；升/降溫速率：1℃/min；濕度范圍：20～98%R.H(at20℃～+70℃)；濕度偏差：±2.0%R.H(濕度≥75%R.H時)±3.0%RH（濕度≤75%R.H時）可做試驗項目:

高溫試驗高溫試驗恒定／交變濕熱第六十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二正弦振動試驗試驗項目要求試驗方法測量項目正弦振動試驗頻率單振幅三個互相垂直軸上各振動時間諧振點振幅試驗時間1～30Hz；30～55Hz0.75mm；0.25mm0.5h0.35mm1min按GB/T2423.10外觀檢察駐波比交調目的：用于具有較高加速度試驗要求的部件試驗第七十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二正弦振動試驗第七十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期二正弦振動試驗合格判定試