天线

在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统,凡是利用电磁波来传递信息的,都依靠天线来进行工作。此外,在用电磁波传送能量方面,非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性,即同一副天线既可用作发射天线,也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。\n网络词汇,天线 指在某些考试中,一些有关系,有后门捷径可以走的人,专指一些特殊关系等。

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天线 - 概述

天线天线

定义:天线是从空间辐射或接收电磁波(信息)的装置。

天线(antenna)是一种变换器,它把传输线上传播的导行波,变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波,或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统,凡是利用电磁波来传递信息的,都依靠天线来进行工作。此外,在用电磁波传送能量方面,非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性,即同一副天线既可用作发射天线,也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。

无线电设备中辐射或接收无线电波的装置。它是无线电通信装备、雷达、电子对抗设备和无线电导航设备的重要组成部分。天线通常由金属导线(杆)或金属面制成,前者称为线天线,后者称为面天线。用于辐射无线电波的天线称发射天线,它把发信机送来的交变电流能量转换为空间电磁波能量。用于接收无线电波的天线称接收天线,它把从空间获取的电磁波能量转换为交变电流能量送给收信机。通常一副天线既可作为发射天线,也可作为接收天线,配有双工器的天线可以收发同时共用。但有些天线只适宜作接收天线使用。

天线天线
也指连接信号收发装置和处理装置之间的同轴电缆. 请参考下方的其他内容.

描述天线电性能的主要电参数有:方向图增益系数输入阻抗效率频带宽度等。天线方向图是表示以天线为球心的任一球面(半径远大于波长)上电场强度空间分布的立体图形。通常用包含有最大辐射方向的两个相互垂直的平面方向图来表示。在某些特定方向能集中地辐射或接收电磁波的天线称定向天线,其方向图如图1所示,它能增加设备的作用距离,提高抗干扰能力。利用天线方向图某些特征可以完成诸如测向、导航和定向通信等任务。有时为了进一步提高天线的方向性,可以把若干个同一类型天线按一定规律排列起来构成天线阵。天线的增益系数是:若将该天线换成理想的无方向性天线时,在原天线的最大场强方向上,相同距离仍产生相同场强的条件下,输入到无方向性天线的功率与输入到实际天线的功率之比。目前大型微波面天线的增益系数可达10左右。天线的几何尺寸与工作波长之比愈大,方向性愈强,增益系数也就愈高。输入阻抗是指天线输入端所呈现的阻抗,一般包含有电阻和电抗两部分。其值影响着收、发信机与馈线匹配的情况。效率是:天线辐射功率与其输入功率之比。它表示天线完成能量转换作用的有效程度。频带宽度是指天线主要性能指标满足规定要求时的工作频率范围。一副无源天线用于发射或接收时上述电参数均相同,这是天线的互易性。军用天线还要有轻便灵活、便于架设、隐蔽性好、抗毁能力强等特殊要求。
天线天线
天线的形状很多,可按用途、频率、结构形式分类。长、中波段常使用 T形、倒 L形、伞形天线等;短波段常用的有双极、笼形、菱形、对数周期、鱼骨形天线等;超短波段常用的有引向天线(八木天线)、螺旋天线、角形反射器天线等;微波天线常使用面天线,如喇叭天线、抛物反射面天线等;移动电台常使用水平平面为无方向性的天线,如鞭形天线等。上述天线的形状,如图2所示。结合有源器件的天线称为有源天线,它可提高增益和实现小型化,现仅限于作接收天线。自适应天线是由天线阵和自适应处理器组成的系统,它按自适应方式处理各阵单元的输出,使干扰信号输出最小,有用信号输出最大,以提高通信、雷达等设备的抗干扰能力。还有微带天线,是由贴在介质基片一面上的金属辐射元及另一面上的金属接地板构成的,可与飞行器表面同形,具有体积小、重量轻的特点,适用于快速飞行器上。
天线天线

天线 - 分类

①按工作性质可分为发射天线和接收天线。
②按用途可分为通信天线广播天线电视天线雷达天线等。
③按工作波长可分为超长波天线长波天线中波天线短波天线超短波天线微波天线等。
④按结构形式和工作原理可分为线天线和面天线等。描述天线的特性参量有方向图、方向性系数、增益、输入阻抗、辐射效率、极化和频
天线按维数来分可以分成两种类型:
天线天线

一维天线和二维天线
一维天线由许多电线组成,这些电线或者像手机上用到的直线,或者是一些灵巧的形状,就像出现电缆之前在电视机上使用的老兔子耳朵。单极和双级天线是两种最基本的一维天线。
二维天线变化多样,有片状(一块正方形金属)、阵列状(组织好的二维模式的一束片),还有喇叭状,碟状。
天线根据使用场合的不同可以分为:
手持台天线、车载天线、基地天线三大类。
手持台天线就是个人使用手持对讲机的天线,常见的有橡胶天线和拉杆天线两大类。
车载天线是指原设计安装在车辆上通讯天线,最常见应用最普遍的是吸盘天线。车载天线结构上也有缩短型、四分之一波长、中部加感型、八分之五波长、双二分之一波长等形式的天线。
基地台天线在整个通讯系统中具有非常关键的作用,尤其是作为通讯枢纽的通信台站。常用的基地台天线有玻璃钢高增益天线、四环阵天线(八环阵天线)、定向天线。

天线 - 辐射

电容器到天线辐射的过程电容器到天线辐射的过程
导线上有交变电流流动时,就可以发生电磁波的辐射,辐射的能力与导线的长度和形状有关。如图a所示,若两导线的距离很近,电场被束缚在两导线之间,因而辐射很微弱;将两导线张开,如图b、c所示,电场就散播在周围空间,因而辐射增强。必须指出,当导线的长度L远小于波长λ时,辐射很微弱;导线的长度L增大到可与波长相比拟时,导线上的电流将大大增加,因而就能形成较强的辐射。

1.2对称振子
对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线,单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源,也可采用多个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子,称半波对称振子,见图1.2a。另外,还有一种异型半波对称振子,可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框,并把全波对称振子的两个端点相叠,这个窄长的矩形框称为折合振子,注意,折合振子的长度也是为二分之一波长,故称为半波折合振子,见图1.2b。
1.3天线方向性的讨论
1.3.1天线方向性
发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去,基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图(图1.3.1a)。立体方向图虽然立体感强,但绘制困难,图1.3.1b与图1.3.1c给出了它的两个主平面方向图,平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图1.3.1b可以看出,在振子的轴线方向上辐射为零,最大辐射方向在水平面上;而从图1.3.1c可以看出,在水平面上各个方向上的辐射一样大。
1.3.2天线方向性增强
若干个对称振子组阵,能够控制辐射,产生“扁平的面包圈”,把信号进一步集中到在水平面方向上。
下图是4个半波振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面方向图。
也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向,平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的水平面方向图说明了反射面的作用------反射面把功率反射到单侧方向,提高了增益
抛物反射面的使用,更能使天线的辐射,像光学中的探照灯那样,把能量集中到一个小立体角内,从而获得很高的增益。不言而喻,抛物面天线的构成包括两个基本要素:抛物反射面和放置在抛物面焦点上的辐射源
1.3.3增益
增益是指:在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系,方向图主瓣越窄,副瓣越小,增益越高。可以这样来理解增益的物理含义------为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号,如果用理想的无方向性点源作为发射天线,需要100W的输入功率,而用增益为G=13dB=20的某定向天线作为发射天线时,输入功率只需100/20=5W。换言之,某天线的增益,就其最大辐射方向上的辐射效果来说,与无方向性的理想点源相比,把输入功率放大的倍数。
半波对称振子的增益为G=2.15dBi。
4个半波对称振子沿垂线上下排列,构成一个垂直四元阵,其增益约为G=8.15dBi(dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。
如果以半波对称振子作比较对象,其增益的单位是dBd。
半波对称振子的增益为G=0dBd(因为是自己跟自己比,比值为1,取对数得零值。)垂直四元阵,其增益约为G=8.15–2.15=6dBd。
1.3.4波瓣宽度
方向图通常都有多个波瓣,其中辐射强度最大的波瓣称为主瓣,其余的波瓣称为副瓣或旁瓣。参见图1.3.4a,在主瓣最大辐射方向两侧,辐射强度降低3dB(功率密度降低一半)的两点间的夹角定义为半功率波束宽度(又称波瓣宽度或主瓣宽度或半功率角或-3dB波束宽度,half-power beamwidth,简称HPBW)。波瓣宽度越窄,方向性越好,作用距离越远,抗干扰能力越强。还有一种波瓣宽度,即10dB波瓣宽度,顾名思义它是方向图中辐射强度降低10dB(功率密度降至十分之一)的两个点间的夹角
1.3.5前后比
方向图中,前后瓣最大值之比称为前后比,记为F/B。前后比越大,天线的后向辐射(或接收)越小。前后比F/B的计算十分简单------
F/B=10Lg{(前向功率密度)/(后向功率密度)}
对天线的前后比F/B有要求时,其典型值为(18~30)dB,特殊情况下则要求达(35~40)dB。
1.3.6天线增益的若干近似计算式
1)天线主瓣宽度越窄,增益越高。对于一般天线,可用下式估算其增益:
G(dBi)=10Lg{32000/(2θ3dB,E×2θ3dB,H)}
式中,2θ3dB,E与2θ3dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度;
32000是统计出来的经验数据。
2)对于抛物面天线,可用下式近似计算其增益:
G(dBi)=10Lg{4.5×(D/λ0)2}
式中,D为抛物面直径;
λ0为中心工作波长;
4.5是统计出来的经验数据。
3)对于直立全向天线,有近似计算式
G(dBi)=10Lg{2L/λ0}
式中,L为天线长度;
λ0为中心工作波长;
天线天线

1.3.7上旁瓣抑制
对于基站天线,人们常常要求它的垂直面(即俯仰面)方向图中,主瓣上方第一旁瓣尽可能弱一些。这就是所谓的上旁瓣抑制。基站的服务对象是地面上的移动电话用户,指向天空的辐射是毫无意义的。
1.3.8天线的下倾
为使主波瓣指向地面,安置时需要将天线适度下倾。
1.4.1双极化天线
下图示出了另两种单极化的情况:+45°极化与-45°极化,它们仅仅在特殊场合下使用。这样,共有四种单极化了,见下图。把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起,或者,把+45°极化和-45°极化两种极化的天线组合在一起,就构成了一种新的天线---双极化天线。
下图示出了两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线,注意,双极化天线有两个接头。
双极化天线辐射(或接收)两个极化在空间相互正交(垂直)的波。
1.4.2极化损失
垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收,水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收,而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。
当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时,接收到的信号都会变小,也就是说,发生极化损失。例如:当用+45°极化天线接收垂直极化或水平极化波时,或者,当用垂直极化天线接收+45°极化或-45°极化波时,等等情况下,都要产生极化损失。用圆极化天线接收任一线极化波,或者,用线极化天线接收任一圆极化波,等等情况下,也必然发生极化损失------只能接收到来波的一半能量。
当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时,例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波,或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆极化的来波时,天线就完全接收不到来波的能量,这种情况下极化损失为最大,称极化完全隔离。
1.4.3极化隔离
理想的极化完全隔离是没有的。馈送到一种极化的天线中去的信号多少总会有那么一点点在另外一种极化的天线中出现。例如下图所示的双极化天线中,设输入垂直极化天线的功率为10W,结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为10mW。
1.5天线的输入阻抗Zin
定义:天线输入端信号电压与信号电流之比,称为天线的输入阻抗。输入阻抗具有电阻分量Rin和电抗分量Xin,即Zin=Rin+jXin。电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取,因此,必须使电抗分量尽可能为零,也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。事实上,即使是设计、调试得很好的天线,其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值。
输入阻抗与天线的结构、尺寸以及工作波长有关,半波对称振子是最重要的基本天线,其输入阻抗为Zin=73.1+j42.5(欧)。当把其长度缩短(3~5)%时,就可以消除其中的电抗分量,使天线的输入阻抗为纯电阻,此时的输入阻抗为Zin=73.1(欧),(标称75欧)。注意,严格的说,纯电阻性的天线输入阻抗只是对点频而言的。
顺便指出,半波折合振子的输入阻抗为半波对称振子的四倍,即Zin=280(欧),(标称300欧)。
有趣的是,对于任一天线,人们总可通过天线阻抗调试,在要求的工作频率范围内,使输入阻抗的虚部很小且实部相当接近50欧,从而使得天线的输入阻抗为Zin=Rin=50欧------这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。
1.6天线的工作频率范围(频带宽度)
无论是发射天线还是接收天线,它们总是在一定的频率范围(频带宽度)内工作的,天线的频带宽度有两种不同的定义------
一种是指:在驻波比SWR≤1.5条件下,天线的工作频带宽度;
一种是指:天线增益下降3分贝范围内的频带宽度。
在移动通信系统中,通常是按前一种定义的,具体的说,天线的频带宽度就是天线的驻波比SWR不超过1.5时,天线的工作频率范围。
一般说来,在工作频带宽度内的各个频率点上,天线性能是有差异的,但这种差异造成的性能下降是可以接受的。
1.7移动通信常用的基站天线、直放站天线与室内天线
1.7.1板状天线
无论是GSM还是CDMA,板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。这种天线的优点是:增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能可靠以及使用寿命长。
板状天线也常常被用作为直放站的用户天线,根据作用扇形区的范围大小,应选择相应的天线型号。
1.7.1a基站板状天线基本技术指标示例
频率范围824-960MHz
频带宽度70MHz
增益14~17dBi
极化垂直
标称阻抗50Ohm
电压驻波比≤1.4
前后比>25dB
下倾角(可调)3~8°
半功率波束宽度水平面60°~120°垂直面16°~8°
垂直面上旁瓣抑制<-12dB
互调≤110dBm
1.7.1b板状天线高增益的形成
A.采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵
B.在直线阵的一侧加一块反射板(以带反射板的二半波振子垂直阵为例)
增益为G=11~14dBi
C.为提高板状天线的增益,还可以进一步采用八个半波振子排阵
前面已指出,四个半波振子排成一个垂直放置的直线阵的增益约为8dBi;一侧加有一个反射板的四元式直线阵,即常规板状天线,其增益约为14~17dBi。
一侧加有一个反射板的八元式直线阵,即加长型板状天线,其增益约为16~19dBi。不言而喻,加长型板状天线的长度,为常规板状天线的一倍,达2.4m左右。
1.7.2高增益栅状抛物面天线
从性能价格比出发,人们常常选用栅状抛物面天线作为直放站施主天线。由于抛物面具有良好的聚焦作用,所以抛物面天线集射能力强,直径为1.5m的栅状抛物面天线,在900兆频段,其增益即可达G=20dBi。它特别适用于点对点的通信,例如它常常被选用为直放站的施主天线。
抛物面采用栅状结构,一是为了减轻天线的重量,二是为了减少风的阻力。
抛物面天线一般都能给出不低于30dB的前后比,这也正是直放站系统防自激而对接收天线所提出的必须满足的技术指标。
1.7.3八木定向天线
八木定向天线,具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。因此,它特别适用于点对点的通信,例如它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型。
八木定向天线的单元数越多,其增益越高,通常采用6-12单元的八木定向天线,其增益可达10-15dBi。
1.7.4室内吸顶天线
室内吸顶天线必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。
现今市场上见到的室内吸顶天线,外形花色很多,但其内芯的购造几乎都是一样的。这种吸顶天线的内部结构,虽然尺寸很小,但由于是在天线宽带理论的基础上,借助计算机的辅助设计,以及使用网络分析仪进行调试,所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求,按照国家标准,在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为VSWR≤2。当然,能达到VSWR≤1.5更好。顺便指出,室内吸顶天线属于低增益天线,一般为G=2dBi。
1.7.5室内壁挂天线
室内壁挂天线同样必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。
现今市场上见到的室内壁挂天线,外形花色很多,但其内芯的购造几乎也都是一样的。这种壁挂天线的内部结构,属于空气介质型微带天线。由于采用了展宽天线频宽的辅助结构,借助计算机的辅助设计,以及使用网络分析仪进行调试,所以能较好地满足了工作宽频带的要求。顺便指出,室内壁挂天线具有一定的增益,约为G=7dBi。
2电波传播的几个基本概念
目前GSM和CDMA移动通信使用的频段为:
GSM:890-960MHz,1710-1880MHz
CDMA:806-896MHz
806-960MHz频率范围属超短波范围;1710~1880MHz频率范围属微波范围。
电波的频率不同,或者说波长不同,其传播特点也不完全相同,甚至很不相同。
2.1自由空间通信距离方程
设发射功率为PT,发射天线增益为GT,工作频率为f.接收功率为PR,接收天线增益为GR,收、发天线间距离为R,那么电波在无环境干扰时,传播途中的电波损耗L0有以下表达式:
L0(dB)=10Lg(PT/PR)
=32.45+20Lgf(MHz)+20LgR(km)-GT(dB)-GR(dB)
[举例]设:PT=10W=40dBmw;GR=GT=7(dBi);f=1910MHz
问:R=500m时,PR=?
解答:(1)L0(dB)的计算
L0(dB)=32.45+20Lg1910(MHz)+20Lg0.5(km)-GR(dB)-GT(dB)
=32.45+65.62-6-7-7=78.07(dB)
(2)PR的计算
PR=PT/(107.807)=10(W)/(107.807)=1(μW)/(100.807)
=1(μW)/6.412=0.156(μW)=156(mμW)
顺便指出,1.9GHz电波在穿透一层砖墙时,大约损失(10~15)dB
2.2超短波和微波的传播视距
2.2.1极限直视距离
超短波特别是微波,频率很高,波长很短,它的地表面波衰减很快,因此不能依靠地表面波作较远距离的传播。超短波特别是微波,主要是由空间波来传播的。简单地说,空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波。显然,由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限直视距离Rmax。在最远直视距离之内的区域,习惯上称为照明区;极限直视距离Rmax以外的区域,则称为阴影区。不言而语,利用超短波、微波进行通信时,接收点应落在发射天线极限直视距离Rmax内。受地球曲率半径的影响,极限直视距离Rmax和发射天线与接收天线的高度HT与HR间的关系为:Rmax=3.57{√HT(m)+√HR(m)}(km)
考虑到大气层对电波的折射作用,极限直视距离应修正为
Rmax=4.12{√HT(m)+√HR(m)}(km)
天线天线


由于电磁波的频率远低于光波的频率,电波传播的有效直视距离Re约为极限直视距离Rmax的70%,即Re=0.7Rmax.
例如,HT与HR分别为49m和1.7m,则有效直视距离为Re=24km。
2.3电波在平面地上的传播特征
由发射天线直接射到接收点的电波称为直射波;发射天线发出的指向地面的电波,被地面反射而到达接收点的电波称为反射波。显然,接收点的信号应该是直射波和反射波的合成。电波的合成不会象1+1=2那样简单地代数相加,合成结果会随着直射波和反射波间的波程差的不同而不同。波程差为半个波长的奇数倍时,直射波和反射波信号相加,合成为最大;波程差为一个波长的倍数时,直射波和反射波信号相减,合成为最小。可见,地面反射的存在,使得信号强度的空间分布变得相当复杂。
实际测量指出:在一定的距离Ri之内,信号强度随距离或天线高度的增加都会作起伏变化;在一定的距离Ri之外,随距离的增加或天线高度的减少,信号强度将。单调下降。理论计算给出了这个Ri和天线高度HT与HR的关系式:
Ri=(4HTHR)/l,l是波长。
不言而喻,Ri必须小于极限直视距离Rmax。
2.4电波的多径传播
在超短波、微波波段,电波在传播过程中还会遇到障碍物(例如楼房、高大建筑物或山丘等)对电波产生反射。因此,到达接收天线的还有多种反射波(广义地说,地面反射波也应包括在内),这种现象叫为多径传播。
由于多径传输,使得信号场强的空间分布变得相当复杂,波动很大,有的地方信号场强增强,有的地方信号场强减弱;也由于多径传输的影响,还会使电波的极化方向发生变化。另外,不同的障碍物对电波的反射能力也不同。例如:钢筋水泥建筑物对超短波微波的反射能力比砖墙强。我们应尽量克服多径传输效应的负面影响,这也正是在通信质量要求较高的通信网中,人们常常采用空间分集技术或极化分集技术的缘由。
2.5电波的绕射传播
在传播途径中遇到大障碍物时,电波会绕过障碍物向前传播,这种现象叫做电波的绕射。超短波、微波的频率较高,波长短,绕射能力弱,在高大建筑物后面信号强度小,形成所谓的“阴影区”。信号质量受到影响的程度,不仅和建筑物的高度有关,和接收天线与建筑物之间的距离有关,还和频率有关。例如有一个建筑物,其高度为10米,在建筑物后面距离200米处,接收的信号质量几乎不受影响,但在100米处,接收信号场强比无建筑物时明显减弱。注意,诚如上面所说过的那样,减弱程度还与信号频率有关,对于216~223兆赫的射频信号,接收信号场强比无建筑物时低16dB,对于670兆赫的射频信号,接收信号场强比无建筑物时低20dB.如果建筑物高度增加到50米时,则在距建筑物1000米以内,接收信号的场强都将受到影响而减弱。也就是说,频率越高、建筑物越高、接收天线与建筑物越近,信号强度与通信质量受影响程度越大;相反,频率越低,建筑物越矮、接收天线与建筑物越远,影响越小。
因此,选择基站场地以及架设天线时,一定要考虑到绕射传播可能产生的各种不利影响,注意到对绕射传播起影响的各种因素。
3传输线的几个基本概念
连接天线和发射机输出端(或接收机输入端)的电缆称为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量,因此,它应能将发射机发出的信号功率以最小的损耗传送到发射天线的输入端,或将天线接收到的信号以最小的损耗传送到接收机输入端,同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号,这样,就要求传输线必须屏蔽。
顺便指出,当传输线的物理长度等于或大于所传送信号的波长时,传输线又叫做长线。
3.1传输线的种类
超短波段的传输线一般有两种:平行双线传输线和同轴电缆传输线;微波波段的传输线有同轴电缆传输线、波导和微带。平行双线传输线由两根平行的导线组成它是对称式或平衡式的传输线,这种馈线损耗大,不能用于UHF频段。同轴电缆传输线的两根导线分别为芯线和屏蔽铜网,因铜网接地,两根导体对地不对称,因此叫做不对称式或不平衡式传输线。同轴电缆工作频率范围宽,损耗小,对静电耦合有一定的屏蔽作用,但对磁场的干扰却无能为力。使用时切忌与有强电流的线路并行走向,也不能靠近低频信号线路。
3.2传输线的特性阻抗
无限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输线的特性阻抗,用Z0表示。同轴电缆的特性阻抗的计算公式为
Z。=〔60/√εr〕×Log(D/d)[欧]。
式中,D为同轴电缆外导体铜网内径;d为同轴电缆芯线外径;
εr为导体间绝缘介质的相对介电常数。
通常Z0=50欧,也有Z0=75欧的。
由上式不难看出,馈线特性阻抗只与导体直径D和d以及导体间介质的介电常数εr有关,而与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗无关。
3.3馈线的衰减系数
信号在馈线里传输,除有导体的电阻性损耗外,还有绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。因此,应合理布局尽量缩短馈线长度。
单位长度产生的损耗的大小用衰减系数β表示,其单位为dB/m(分贝/米),电缆技术说明书上的单位大都用dB/100m(分贝/百米).
设输入到馈线的功率为P1,从长度为L(m)的馈线输出的功率为P2,传输损耗TL可表示为:
TL=10×Lg(P1/P2)(dB)
衰减系数为
β=TL/L(dB/m)
例如,NOKIA7/8英寸低耗电缆,900MHz时衰减系数为β=4.1dB/100m,也可写成β=3dB/73m,也就是说,频率为900MHz的信号功率,每经过73m长的这种电缆时,功率要少一半。
而普通的非低耗电缆,例如,SYV-9-50-1,900MHz时衰减系数为β=20.1dB/100m,也可写成β=3dB/15m,也就是说,频率为900MHz的信号功率,每经过15m长的这种电缆时,功率就要少一半!
3.4匹配概念
什么叫匹配?简单地说,馈线终端所接负载阻抗ZL等于馈线特性阻抗Z0时,称为馈线终端是匹配连接的。匹配时,馈线上只存在传向终端负载的入射波,而没有由终端负载产生的反射波,因此,当天线作为终端负载时,匹配能保证天线取得全部信号功率。如下图所示,当天线阻抗为50欧时,与50欧的电缆是匹配的,而当天线阻抗为80欧时,与50欧的电缆是不匹配的。
如果天线振子直径较粗,天线输入阻抗随频率的变化较小,容易和馈线保持匹配,这时天线的工作频率范围就较宽。反之,则较窄。
在实际工作中,天线的输入阻抗还会受到周围物体的影响。为了使馈线与天线良好匹配,在架设天线时还需要通过测量,适当地调整天线的局部结构,或加装匹配装置。
3.5反射损耗
前面已指出,当馈线和天线匹配时,馈线上没有反射波,只有入射波,即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。这时,馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等,馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。
  而当天线和馈线不匹配时,也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时,负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量,而不能全部吸收,未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。
例如,在右图中,由于天线与馈线的阻抗不同,一个为75欧姆,一个为50欧姆,阻抗不匹配,其结果是
3.6电压驻波比
在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方,电压振幅相加为最大电压振幅Vmax,形成波腹;而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Vmin,形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。
反射波电压和入射波电压幅度之比叫作反射系数,记为R
反射波幅度(ZL-Z0)
R=─────=───────
入射波幅度(ZL+Z0)
波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数,也叫电压驻波比,记为VSWR
波腹电压幅度Vmax(1+R)
VSWR=──────────────=────
波节电压辐度Vmin(1-R)
终端负载阻抗ZL和特性阻抗Z0越接近,反射系数R越小,驻波比VSWR越接近于1,匹配也就越好。
3.7平衡装置
信号源或负载或传输线,根据它们对地的关系,都可以分成平衡和不平衡两类。
若信号源两端与地之间的电压大小相等、极性相反,就称为平衡信号源,否则称为不平衡信号源;若负载两端与地之间的电压大小相等、极性相反,就称为平衡负载,否则称为不平衡负载;若传输线两导体与地之间阻抗相同,则称为平衡传输线,否则为不平衡传输线。
在不平衡信号源与不平衡负载之间应当用同轴电缆连接,在平衡信号源与平衡负载之间应当用平行双线传输线连接,这样才能有效地传输信号功率,否则它们的平衡性或不平衡性将遭到破坏而不能正常工作。如果要用不平衡传输线与平衡负载相连接,通常的办法是在粮者之间加装“平衡-不平衡”的转换装置,一般称为平衡变换器。
3.7.1二分之一波长平衡变换器
又称“U”形管平衡变换器,它用于不平衡馈线同轴电缆与平衡负载半波对称振子之间的连接。“U”形管平衡变换器还有1:4的阻抗变换作用。移动通信系统采用的同轴电缆特性阻抗通常为50欧,所以在YAGI天线中,采用了折合半波振子,使其阻抗调整到200欧左右,实现最终与主馈线50欧同轴电缆的阻抗匹配。
3.7.2四分之一波长平衡-不平衡器
利用四分之一波长短路传输线终端为高频开路的性质实现天线平衡输入端口与同轴馈线不平衡输出端口之间的平衡-不平衡变换。

天线 - 特性

1)极化:天线发出的电磁波可以作垂直极化或水平极化。当干扰源天线(或发射天线)与敏感设备天线(或接收天线)极化特性相同时,辐射干扰在敏感设备输入端产生的感应电压最强。
2)方向性:干扰源朝空间各个方向辐射电磁干扰或敏感设备接收来自各个方向的电磁干扰的能力是不同的。描述这种辐射或接收能力的参数称方向特性。
3)极性图:天线最重要的特性是它的辐射图或极性图。极性图是天线从不同角度方向辐射出去的功率或场强所形成的图
4)天线增益:天线的方向性用天线功率增益G表达。某一方向上的G由于天线内的损耗,天线的辐射功率略小于输入功率
5)互易性:接收天线的极性图类似于发射天线的极性图。所以,发射天线与接收天线无根本性差异,但有时也是不能互易的。
6)依从性:天线对频率有依从性,在其设计的频段内能有效的工作,在此频率以外则是低效的。不同形状、结构的天线接收的电磁波的频率不同。
天线被广泛地应用于无线电业务领域。在电磁兼容中,天线主要是作为测量电磁辐射的传感器,将电磁场转换为交变电压。再借助天线系数获得电磁场强度值。所以,EMC中的测量天线,要求天线系数的精度要高,参数稳定性好,而且天线的频带要宽。
3、天线系数
是指被测量的天线的场强值与接收机测得的天线的输出端口电压之比。电磁兼容其表达式为:  AF=E/V
以对数表示:dBAF=dBE-dBV
AF(dB/m)=E(dBμv/m)-V(dBμv)
E(dBμv/m)=V(dBμv)+AF(dB/m)
式中:E--天线的电场强度,单位为dBμv/m
V--天线端口处的电压,单位为dBμv
AF—天线系数,单位为dB/m
天线系数AF应在天线出厂时给出,并定期校准。天线手册中给出的天线系数,一般都是在远区场、无反射和50欧负载下测得的。 

天线 - 天线系统安装规范


  由于移动通信的迅猛发展,目前全国许多地区存在多网并存的局面,即A、B、G三网并存,其中有些地区的G网还包括GSM9000和GSM1800。为充分利用资源,实现资源共享,我们一般采用天线共塔的形式。这就涉及到天线的正确安装问题,即如何安装才能尽可能地减少天线之间的相互影响。在工程中我们一般用隔离度指标来衡量,通常要求隔离度应至少大于30dB,为满足该要求,常采用使天线在垂直方向隔开或在水平方向隔开的方法,实践证明,在天线间距相同时,垂直安装比水平安装能获得更大的隔离度。
  总的来说,天线的安装应注意以下几个问题:
  (1)定向天线的塔侧安装:为减少天线铁塔对天线方向性图的影响,在安装时应注意:定向天线的中心至铁塔的距离为λ/4或3λ/4时,可获得塔外的最大方向性。
  (2)全向天线的塔侧安装:为减少天线铁塔对天线方向性图的影响,原则上天线铁塔不能成为天线的反射器。因此在安装中,天线总应安装于棱角上,且使天线与铁塔任一部位的最近距离大于λ。
  (3)多天线共塔:要尽量减少不同网收发信天线之间的耦合作用和相互影响,设法增大天线相互之间的隔离度,最好的办法是增大相互之间的距离。天线共塔时,应优先采用垂直安装。
  (4)对于传统的单极化天线(垂直极化),由于天线之间(RX-TX,TX-TX)的隔离度(≥30dB)和空间分集技术的要求,要求天线之间有一定的水平和垂直间隔距离,一般垂直距离约为50cm,水平距离约为4.5m,这时必须增加基建投资,以扩大安装天线的平台,而对于双极化天线(±45°极化),由于±45°的极化正交性可以保证+45°和-45°两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求(≥30dB),因此双极化天线之间的空间间隔仅需20-30cm,移动基站可以不必兴建铁塔,只需要架一根直径20cm的铁柱,将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可。

天线 - 研究资料

天线学报

《天线学报》Journal of Antennas 是一本关注天线研究领域最新进展的国际中文期刊,本刊支持思想创新、学术创新,倡导科学,繁荣学术,集学术性、思想性为一体,旨在为了给世界范围内的科学家、学者、科研人员提供一个传播、分享和讨论天线研究领域内不同方向问题与发展的交流平台。 

 研究领域:  

天线学天线学

振子天线 
行波线天线 
相控阵天线 
单脉冲天线 
合成孔径雷达天线 
超宽带和多波段天线技术研究 
智能天线技术 
双极化天线 
等离子体天线与纳米天线 
mimo多天线通信系统 
天线抗干扰技术 
反射面天线技术 
微带天线技术 
移动通信天线技术 
天线设计与仿真技术    

天线 - 电影

天线Antena(2004)
影片资料

天线天线


国家/地区:日本
类型:剧情
导演:熊切和嘉
主演:MegumiAsaokaKojiEnokidoShihoHarumi
片长:117min
上映日期:2004年1月10日日本
对白语言:日语
发行公司:OfficeShirous

剧情
根据田口兰迪作品改编,哲学系大学生荻原祐一郎(加瀬亮扮演)由于自己年幼时候经历妹妹真利江突然失踪的事情而始终心怀罪恶感,通过跟SM女王的相遇解开心结。
中文片 天线天线
英文片 TheAerial
原 名 LaAntena
年 代 2007
国 家 阿根廷
类 别 剧情
IMDB链接http://www.imdb.com/title/tt0454065/
片 长 90min
导 演 EstebanSapir
主 演 AlejandroUrdapilleta
ValeriaBertuccelli
JulietaCardinali
RafaelFerro
RaúlHochman
RicardoMerkin
GustavoPastorini.....Maninthestreet
CarlosPi?eiro
FlorenciaRaggi
分 级 阿根廷:Atp/阿根廷:13
制作公司 LadobleA
发行公司 CapelightPictures(2007)(德国)(allmedia)
PachamamaCine(2007)(阿根廷)(theatrical)
Vivarto(2007)(波兰)(allmedia)
官方网站 http://www.laantena.ladoblea.com/
预告片 http://www.imdb.com/title/tt0454065/trailers
简 介 
这是一部充满喜剧色彩的奇幻黑白片,以一个沉默的城市作为故事背景,内容述说一个没有声音的城市,居民多年来失去声音无法说话,只有一个没有面容的女歌手还保留有声音,却被城市的恶霸电视先生绑架,他企图利用女歌手的声音做为武器来统治全城…。这部黑白艺术电影运用大量默片的字卡及夸张的肢体语言来铨释演出,全片充满卡通化的图案,暗喻电视媒体统治著沉默的大众,寓意深远。


 

天线 - 相关连接

无线电

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电视

雷达

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遥感




天线 - 参考资料

1.http://www.ifuzhu.com/subtitles/90458.htm
2.http://www.zdic.net/cd/ci/4/ZdicE5ZdicA4ZdicA9282399.htm
3.http://www.dzsc.com/data/html/2008-4-7/60861.html
4.http://vs1358.blog.163.com
5.天线:http://www.globalsources.com.cn/manufacturers/%CC%EC%CF%DF.html 
6.天线概念及常用单位  http://www.bjtyyq.com/mod_article-article_content-article_id-870.html

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扩展阅读:
1天线概念及常用单位
开放分类: 我来补充
天线

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