天线基本原理及一般选型原则,特种天线简介

天线基本

移动基站天线有关概念及选型原则

技

术

交

流

主讲：海天研究院 姚中兴 教授 2003年5月

天线基本

一.无线通信组网中天线的作用什么是天线? 什么是天线? 把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间 把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…... 收集无线电波并产生电信号

Blah blah blah bl ah

天线基本

天线的作用将传输线中的高频电磁能 转成为 自由空间的电磁波， 自由空间的电磁波，或反之将自由空 间中的电磁波转化为传输线中的高频 电磁能。因此， 电磁能。因此，要了解天线的特性就 必然需要了解自由空间中的电磁波及 高频传输线的一些相关的知识。 高频传输线的一些相关的知识。

天线基本

二.天线辐射电磁波的基本原理 天线辐射电磁波的基本原理导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射， 导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射， 辐射的能力与导线的长短和形状有关. 辐射的能力与导线的长短和形状有关.如由于两导线的距离很且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。 近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将 两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同， 两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动 势方向相同，因而辐射较强。 远小于波长时， 势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度 L远小于波长时，导线的电流很 辐射很微弱. 小，辐射很微弱.

当导线的长度增大到可与波长相比拟时， 当导线的长度增大到可与波长相比拟时 ， 导线上的电流 就大大增加，因而就能形成较强的辐射。 就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著 辐射的直导线称为振子。 辐射的直导线称为振子。

天线基本

天线可视为一个四端网络

天线基本

同轴线变化为天线

天线基本

对称振子两臂长度相等的振子叫做对称振子。 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。全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。 波长。全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。将振子折合 起来的，称为折合振子。 起来的，称为折合振子。

波长 1/4波长 波长 1/2波长 波长 1/4波长 波长 1/2波长 波长 一个1/2波长的对称振子 一个 波长的对称振子 在 800MHz 约 200mm长 长 400MHz 约 400mm 长 振子

天线基本

三.天线的工作频率范围(带宽) 天线的工作频率范围(带宽)无论是发射天线还是接收天线， 无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的 频率范围内工作的，通常， 频率范围内工作的，通常，工作在中心频率时天线所能 输送的功率最大，偏离中心频率时

它所输送的功率都将 输送的功率最大， 减小，据此可定义天线的频率带宽。 减小，据此可定义天线的频率带宽。 有几种不同的定义： 有几种不同的定义： 一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度； 一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度； 一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。 一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。 在移动通信系统中是按后一种定义的，具体的说， 在移动通信系统中是按后一种定义的，具体的说， 就是当天线的输入驻波比≤ 天线的工作带宽。 就是当天线的输入驻波比≤1.5时，天线的工作带宽。

天线基本

半波振子上的场分布

天线基本

当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降 在天线工作频带内,天线性能下降不多 仍然是可以接受的 在天线工作频带内 天线性能下降不多,仍然是可以接受的。 天线性能下降不多 仍然是可以接受的。

在 850MHz 1/2 波长振子 最佳

在 820 MHz

在 890 MHz 天线振子

在 820 MHz 1/2 波长 为~ 180mm, 在890 MHz 为~ 170mm 175mm对~ 850MHz 将是最佳的 对 该天线的频带宽度 = 890 - 820 = 70MHz

天线基本

四.1.

自由空间中的电磁波

无线电波

什么叫无线电波？无线电波是一种能量传输形式， 什么叫无线电波？无线电波是一种能量传输形式， 在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的， 在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时 这两者又都垂直于传播方向。 这两者又都垂直于传播方向。

天线基本

无线电波有点象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。 无线电波有点象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。 有点象一个池塘上的波纹 无线电波和光波一样， 它的传播速度和传播媒质有关。 无线电波和光波一样 ， 它的传播速度和传播媒质有关 。 无线电波在真空中的传播速度等于光速。 我们用C= C=30 无线电波在真空中的传播速度等于光速 。 我们用 C= 30 0000公里 秒表示。在媒质中的传播速度为：Vε`= 公里/ :Vε` 0000公里/秒表示。在媒质中的传播速度为：Vε`= /√ε,式中ε为传播媒质的相对介电常数。 C/√ε,式中ε为传播媒质的相对介电常数。空气的相对 介电常数与真空的相对介电常数很接近，略大于1 介电常数与真空的相对介电常数很接近，略大于1。 因此，无线电波在空 气中的传播速度略小于光速 ，通常我们就认为它等于光 速。

天线基本

电磁波的传播

振 子 磁场 电场 电场 电波传 磁场 电场

天线基本

无线电波的波长、 无线电波的波长、频率和传播速度的关系=V/ 表示。 可用式 λ=V/f 表示。 式中， 为速度，单位为米/ 为频率，单位为赫兹； 式中，V为速度

,单位为米/秒；f 为频率，单位为赫兹； 为波长，单位为米。 λ为波长，单位为米。 由上述关系式不难看出， 由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒 质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。 质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。 我们通常使用的聚四氟乙烯型绝缘同轴射频电缆其相对介 电常数ε 约为2 因此， ε≈C λε≈λ/1 电常数 ε 约为 2.1 , 因此 ， V ε≈ C /1.44 , λε≈λ/1.44 。

波长

天线基本

2. 无线电波的极化无线电波在空间传播时， 无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化 这种现象称为无线电波的极化。 的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电 波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面， 波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为 垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行， 垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极 化波。 化波

天线基本

五.天线的极化天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向

垂直极化

水平极化

+ 45度倾斜的极化 度倾斜的极化

- 45度倾斜的极化 度倾斜的极化

天线基本

3.圆极化波 圆极化波如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的， 如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的， 就叫作椭圆 极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变， 极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们 就叫它为圆极化波。 就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆 极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。 极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。 垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收； 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； 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； 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 旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。 化方向与接收天线的极化方向不一致时， 化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要 产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波， 产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用 线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生3分贝的极化损失， 线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生3分贝的极化损失， 即只能接收到来波

的一半能量； 即只能接收到来波的一半能量；

天线基本

1. 双极化天线两个天线为一个整体 传输两个独立的波

V/H (垂直 水平 垂直/水平 垂直 水平)

倾斜 (+/- 45°) °

天线基本

2.极化损失 极化损失当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时， 当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时， 在接收过程中通常都要产生极化损失，例如： 在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极 化天线接收任一线极化波， 化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆 极化波时，都要产生3分贝的极化损失， 极化波时，都要产生3分贝的极化损失，即只能接收到 来波的一半能量； 来波的一半能量； 当接收天线的极化方向(例如水平或右旋圆极化) 当接收天线的极化方向(例如水平或右旋圆极化) 与来波的极化方向(相应为垂直或左旋圆极化) 与来波的极化方向(相应为垂直或左旋圆极化)完全正 交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量， 交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称 来波与接收天线极化是隔离的。 来波与接收天线极化是隔离的。

天线基本

3.(极化) 3.(极化)隔离隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极 化中出现的比例

在这种情况下的隔离为 10log(1000mW/1mW) = 30dB

1000mW (即1W) 即

1mW

天线基本

六. 天线辐射的方向性天线的方向性是指天线向一定方向辐射电 磁波的能力。对于接收天线而言， 磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天 线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。 线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天 线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示. 线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示. 方向图可用来说明天线在空间各个方向上所 具有的发射或接收电磁波的能力。 具有的发射或接收电磁波的能力。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ppj4.html