天线原理、性能参数以及分类

天线原理、性能参数以及分类
天线的原理要分两部分来说,⼀是发射天线,⼀是接收天线。发射天线简单说,就是通过⼀根叫做“天线”的电极将天线与地之间形成的⾼频电场变成电磁波,从⽽能发射出去并传波到远⽅。接收天线简单说,就是通过⼀根叫做“天线”的电极将空中传来的电磁波感应为电场,⽣成⾼频信号电压,送到接收机进⾏信号处理。
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天线的性能参数
1、⼯作频段(Frequency Range)
⼯作频段:⽆论天线还是其他通信产品,总是在⼀定的频率范围(频带宽度)内⼯作,其取决于指标的要求。通常情况下,满⾜指标要求的频率范围即可为天线的⼯作频率。⼯作频段的宽度称为⼯作带宽,⼀般全向天线的⼯作带宽能达到中⼼频率的3-5%,定向天线的⼯作带宽能达到中⼼频率的5-10%。
2、输⼊阻抗(Input Impedance)
输⼊阻抗: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。⼀般移动通信天线的输⼊阻抗为50Ω。输⼊阻抗与天线的结构、尺⼨以及⼯作波长有关,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50Ω,这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须。
打印胶片3、电压驻波⽐(VSWR)
电压驻波⽐:天线的电压驻波⽐是把天线作为⽆耗传输线的负载时,在沿传输线产⽣的电压驻波图形上,其最⼤值与最⼩值之⽐。驻波⽐的产⽣,是由于⼊射波能量传输到天线输⼊端并未被全部吸收(辐射)产⽣的反射波迭加⽽形成的。VSWR越⼤,反射越⼤,匹配越差。在移动通信系统中,⼀般要求驻波⽐⼩于1.5。
4、隔离度(Isolation)
隔离度代表馈送到双极化天线⼀个端⼝(⼀种极化)的信号在另外⼀个端⼝(另⼀种极化)中出现信号的⽐例。
5、三阶互调(Third Order Inter modulation)
三阶互调信号:是指两个信号在⼀个线性系统中,由于⾮线性因素存在使⼀个信号的⼆次谐波与另⼀个信号的基波产⽣差拍(混频)后的寄⽣信号。互调现象就是由频带外的两个或多个载波频率混频后落在频带内的新的频率分量,造成系统性能下降的现象
6、功率容量(Power Capacity)
功率容量:天线的功率容量是指按规定的条件在规定的时间周期内可连续地加到天线上⽽⼜不致降低其性能的最⼤连续射频功率。
7、增益(Gain)
天线在某⼀规定⽅向上的辐射功率通量密度与参考天线(通常采⽤理想点源)在相同输⼊功率时最⼤辐射功率通量密度的⽐值;天线增益是⽤来衡量天线朝⼀个特定⽅向收发信号的能⼒,它是选择天线重要的参数之⼀。天线增益越⾼,⽅向性越好,能量越集中,波瓣越窄。8、⽔平/垂直半功率波瓣宽度(H/V-Plane Half Power Beam Width)
在功率⽅向图的主瓣中,把相对最⼤值辐射⽅向功率下降到⼀半处或⼩于最⼤值3dB的两点之间的波束宽度夹⾓称为半功率波瓣宽度。⽔平⾯的半功率波束宽度叫⽔平⾯波束宽度;垂直⾯的半功率波束宽度叫垂直波束宽度。
9、电下倾⾓(Electrical Down Tilt)
电下倾⾓是指通信天线的垂直辐射⾯上最⼤辐射指向与天线法线的夹⾓。通信天线根据是否⽀持电下倾调节分为固定下倾天线和电调天线:固定下倾天线是指根据⽆线覆盖需求对天线辐射单元阵列进⾏幅度和相位的赋形产⽣的固定下倾⾓天线;⽽电调天线是指通过移相单元改变阵列中不同辐射单元的相位差,从⽽产⽣不同辐射主瓣下倾状态,通常电调天线的下倾状态仅在⼀定的可调⾓度范围内。
10、前后⽐(Front-to-Back Ratio)
天线的前后⽐是指主瓣的最⼤辐射⽅向(规定为0°)的功率通量密度与相反⽅向附近(规定为180°±30°范围内)的最⼤功率通量密度之⽐值F/B=10log(前后功率/后向功率)。
11、旁瓣抑制与零点填充(Elevation Upper Side lobes & Null Fill)
①旁瓣抑制:主瓣在垂直⾯⽅向上(即往天顶⾓正向⽅向)的旁瓣叫做上旁瓣。天线为了覆盖效果,通常会在⽹络规划中对天线采⽤⼀定的机械下倾。这样可能导致天线的第⼀(或⼀定⾓度范围内)上旁瓣可能处于⽔平位置甚⾄低于⽔平位置,就容易造成邻区⼲扰,因此,需对其进⾏抑制,即上旁瓣抑制。上旁瓣不仅浪费了天线辐射的能量,⽽且会对相邻⼩区特别是相邻⼩区的⾼层建筑形成⼲扰,所以上旁瓣应该尽量抑制,尤其是能量较⼤的第⼀上旁瓣。
②点填充:是指在天线的垂直⾯内,下旁瓣第⼀零点采⽤波束赋形设计加以填充,以改善对近区的覆盖,减少近区覆盖死区和盲点。
12、交叉极化⽐(Cross Polarization Ratio)
天线同极化接收(接收电平最⼤)的功率电平与异极化接收(接收电平最⼩)的功率电平在⽅向图3dB波束宽度内之差值
13、⽅向图圆度(Circularity)
全向天线的⽅向图圆度是指在⽔平⾯⽅向图中,其最⼤或最⼩电平值与平均值的偏差。平均值是指⽔平⾯⽅向图中最⼤间隔不超过5°⽅位上电平dB值的算术平均数。
14、极化⽅式(Polarization)
天线辐射的电磁波的电场⽅向就是天线的极化⽅向。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,则称为⽔平极化波;如果电波的电场⽅向与地⾯呈45°夹⾓,则称为+45°或-45°极化。
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天线分类
1、机械天线
卷帘门门板所谓机械天线,即指使⽤机械调整下倾⾓度的移动天线。机械天线安装好后,如果因⽹络优化的要求,需要调整天线背⾯⽀架的位置改变天线的倾⾓来实现。在调整过程中,虽然天线主瓣⽅向的覆盖距离明显变化,但天线垂直分量和⽔平分量的幅值不变,所以天线⽅向图容易变形。实践证明:机械天线的最佳下倾⾓度为1~5度;当下倾⾓度在5~10度之内变化时,其天线⽅向图稍有变化但变化不⼤;当下倾⾓度在10~15度之间变化时,其天线⽅向图变化较⼤;当机械天线下倾超过15度以后,天
线⽅向图形状改变很⼤。机械天线下倾⾓调整⾮常⿇烦,⼀般需要维护⼈员爬到天线安装处进⾏调整。
2、电调天线
保险杠模具所谓电调天线,即指使⽤电⼦调整下倾⾓度的移动天线。电⼦下倾的原理是通过改变天线阵天线振⼦的相位,改变垂直分量和⽔平分量的幅值⼤⼩,改变合成分量场强强度,从⽽使天线的垂直⽅向性图下倾。由于天线各⽅向的场强强度同时增⼤和减⼩,保证在改变倾⾓后天线⽅向图变化不⼤,使主瓣⽅向覆盖距离缩短,同时⼜使整个⽅向图在服务⼩区扇区内减少覆盖⾯积但⼜不产⽣⼲扰。
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3、全向天线
全向天线在⽔平⽅向上有均匀的辐射⽅向图。不过从垂直⽅向上看,辐射⽅向图是集中的,因⽽可以获得天线增益。把偶极⼦排列在同⼀垂直线上并馈给各偶极单元正确的功率和相位,可以提⾼辐射功率。偶极单元数每增加⼀倍(也就相当于长度增加⼀倍),增益增加3dB。典型的增益是6~9 dBd。受限制因素主要是物理尺⼨。例如9 dBd增益的全向天线,其⾼度为3m。4、定向天线
这种类型天线的⽔平和垂直辐射⽅向图是⾮均匀的。它经常⽤在扇形⼩区。因此也称为扇形天线。辐射功率或多或少集中在⼀个⽅向。定向天线的典型值是9 ~16 dBd
5、特殊天线
这种天线⽤于特殊⽤途,如室内、隧道使⽤。
天线测量中的互易性
天线测量中被测天线的⼯作状态可以是发射状态,也可以是接收状态。这可根据测量的内容,测量的设备、场地条件等因素灵活选择。由天线互易原理得知,两种⼯作状态测量该天线参数的结果应该是⼀致的。然⽽在实际测量中,互易原理必须在⼀定条件下才能应⽤。
1、天线必须是线性的、⽆源的,如卫星电视接收天线,其馈源与⾼频头(LNB)为⼀体化的,不能⽤作发射。
2、收发系统阻抗匹配要良好。虽然待测天线和源天线之间存在多次反射,但由于⾃由空间传播的衰减,这种影响并不严重。源天线、馈线、信号源以及待测天线、馈线及接收机,它们相互间的阻抗匹配是满⾜互易原理的重要条件。
3、调换天线时,收发⽀路⽆有源器件,如功率放⼤器、低噪声放⼤器、混频器等。

本文发布于:2024-09-21 22:22:35,感谢您对本站的认可!

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