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    天線的簡介

    時間:2015-09-07 | 瀏覽:1767

    一、什么是天線?

    注音:tiān xiàn

    英:【antenna;aerials】天線是作無線電波的發射或接收作用的一種金屬裝置(如桿、線或線的排列),在無線電設備中用來發射或接收電磁波的部件。無線電通信、廣播、電視、雷達、導航、電子對抗、遙感、射電天文等工程系統,凡是利用電磁波來傳遞信息的,都依靠天線來進行工作。此外,在用電磁波傳送能量方面,非信號的能量輻射也需要天線。一般天線都具有可逆性,即同一副天線既可用作發射天線,也可用作接收天線。同一天線作為發射或接收的基本特性參數是相同的。這就是天線的互易定理。                                                      

    二、天線的分類:

    ①按工作性質可分為發射天線和接收天線。

    ②按用途可分為通信天線、廣播天線、電視天線、雷達天線等。

    ③按工作波長可分為超長波天線、長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線、微波 

      天線等。

    ④按結構形式和工作原理可分為線天線和面天線等。描述天線的特性參量有方向圖、方

      向性系數、增益、輸入阻抗、輻射效率、極化和頻帶寬度等。

    目前,天線的發展已基本滿足各種無線傳輸業務的需要。在某些特殊特殊應用場合(如遙感、空間通信等),隨著天線理論的不斷完善,天線類型還會不斷發展。

    天線根據使用場合的不同可分為:

    手持臺天線、車載天線、基地天線三大類。

    手持臺天線就是個人使用手持對講機的天線,常見的有橡膠天線和拉桿天線兩大類。

    車載天線是指原設計安裝在車輛上通訊天線,最常見應用最普遍的是吸盤天線。車載天線結構上也有縮短型、四分之一波長、中部加感型、八分之五波長、雙二分之一波長等形式的天線。

    基地臺天線在整個通訊系統中具有非常關鍵的作用,尤其是作為通訊樞紐的通信臺站。常用的基地臺天線有玻璃鋼高增益天線、四環陣天線(八環陣天線)、定向天線。

    三、什么是天線的增益

    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。可以這樣來理解增益的物理含義------為在一定的距離上的某點處產生一定大小的信號,如果用理想的無方向性點源作為發射天線,需要100W的輸入功率放大倍數。

    半波對稱振子的增益為G=2.15dBi

    4個半波對稱振子沿垂線上下排列,構成一個垂直四元陣,其增益約為G=8.15dBidBi這個單位表示比較對象是各向均勻輻射的理想點源)。

    如果以半波對稱振子作比較對象,其增益的單位是dBd

    半波對稱振子的增益為G=0dBd(因為是自己跟自己比,比值為1,取對數得零值。)垂直四元陣,其增益約為G=8.15-2.15=6dBd

     

     

    四、天線的工作頻率范圍(頻帶寬度)

    無論是發射天線還是接收天線,它們總是在一定的頻率范圍(頻帶寬度)內工作的,天線的頻帶寬度有兩種不同的定義------

    一種是指:在駐波比SWR1.5條件下,天線的工作頻帶寬度;

    一種是指:天線增益下降3分貝范圍內的頻帶寬度。

    在移動通信系統中,通常是按前一種定義的,具體的說,天線的頻帶寬度就是天線的駐波比SWR不超過1.5時,天線的工作頻率范圍。

    一般來說,在工作頻帶寬度內的各個頻率點上,天線性能是有差異的,但這種差異造成的性能下降是可以接受的。

    五、電波傳播的幾個基本概念

    目前GSMCDMA移動通信使用的頻段為:

    GSM890-960MHz1710-1880MHz

    CDMA806-896MHz

    806-960MHz頻率范圍屬超短波范圍;1710-1880MHz頻率范圍屬微波范圍。

    電波的頻率不同,或者說波長不同,其傳播特點也不完全相同,甚至很不相同。

    六、什么叫匹配?

    簡單的說,饋線終端所接負載阻抗ZL等于饋線特性阻抗Z0時,稱為饋線終端是匹配連接的。匹配時,饋線上只存在傳向終端負載的入射波,而沒有由終端負載產生的反射波,因此,當天線作為終端負載時,匹配能保證天線取得全部信號功率。當天線阻抗為50Ω時,與50Ω的電纜是匹配的,而當天線阻抗為80Ω時,與50Ω的電纜是不匹配的。

    如果天線振子直徑較粗,天線輸入阻抗隨頻率的變化較小,容易和饋線保持匹配,這時天線的工作頻率范圍就較寬。反之,則較窄。

    在實際工作中,天線的輸入阻抗還會受到周圍物體的影響。為了使饋線與天線良好匹配,在架設天線時還需要通過測量,適當地調整天線的局部結構,或加裝匹配裝置。

    七、電壓駐波比

    在不匹配的情況下,饋線上同時存入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方,電壓振幅相加為最大電壓振幅Vmax,形成波腹;而在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅Vmin,形成波節。其他各點的振幅值則介于波腹與波節之間。這種合成波稱為駐波。

    反射波電壓和入射波電壓幅度之比叫作反射系數,記為R

    R=反射波幅度(ZL-Z0/入射波幅度(ZL+Z0)

    波腹電壓與波節電壓幅度之比稱為駐波系數,也叫電壓駐波比,記為VSWR

    SVWR=波腹電壓幅度Vmax1+R/波節電壓幅度Vmin1-R

    終端負載阻抗ZL和特性阻抗Z0越接近,反射系數R越小,駐波比VSWR越接近于1,匹配也就越好。

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