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天线原理

工业设备 2019-04-30 11:20 未知晓娜
天线原理
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。 

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。
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,它是选择基站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。基站天线为了覆盖效果,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,以改善对基站近区的覆盖,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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