【正文】 天線和無源模塊介紹 內(nèi) 容 一 . 天線原理及應(yīng)用 二 . 濾波器產(chǎn)品 三 . POI簡介 四 . 功分器與耦合器 一 . 天線原理及應(yīng)用 ? 天線輻射機(jī)理 ? 天線種類 ? 主要技術(shù)指標(biāo) ? 基站天線 ? 直放站天線 1. 天線輻射機(jī)理 ? 天線 ：無線電設(shè)備中用來向空間輻射或從空間接收電磁波的裝置。 ? 輻射：任何物體上有交變電流流動時就會產(chǎn)生電磁波向空間的輻射，且輻射形狀取決于電流分布形式。一般地，當(dāng)物體尺寸遠(yuǎn)小于波長 ?時輻射很微弱，當(dāng) 物體尺寸可與 ?相比擬時輻射能量較強(qiáng)。 ? 方向性函數(shù)：天線在空間各個方向上的輻射不可能是均勻的，輻射強(qiáng)度隨空間方向的變化由天線的方向性函數(shù) D(?,?)表示。定義為： 單位立體角的輻射功率 D(?,?)＝ 單位立體角的平均輻射功率 天線輻射通用計算式 ? 輻射場的計算公式 若已知體積為 V的物體表面電流分布函數(shù)表達(dá)式是矢量 J(r180。)，則該物體輻射到空間的電磁波 E(r)由下式計算： E(r)＝ ???v J(r180。) G(r r180。) dv 其中， r180。和 r分別代表源點和場點矢量位置坐標(biāo) G(r r180。)為已知的并矢 Green函數(shù) 2. 天線種類 ? 天線的分類 ? 按用途分類：通信天線、電視天線、雷達(dá)天線、導(dǎo)航天線等。 ? 按工作頻段分類：中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線等。 ? 按輻射特性分類：全向天線、定向天線、行波天線、表面波天線等。 ? 按外形分類：線狀天線、拋物面天線、螺旋天線、平板天線等。 3. 天線主要技術(shù)指標(biāo) ? 方向圖 ? 波束寬度 ? 增益 ? 旁瓣電平 ? 極化形式 ? 電壓駐波比（ VSWR） ? 輸入阻抗 ? 前后比（ F/B） 方向圖 ? 距天線某一固定距離上（一般指遠(yuǎn)場區(qū)），天線輻射電磁場隨角度坐標(biāo)在空間分布的圖形。 ? 遠(yuǎn)場條件： L 2D2/?（例如，若測試口徑為 ?1m、 f0＝ 1GHz拋物面天線的方向圖，因為 ?＝ c/f0=，所以測試方向圖時天線與發(fā)射源間的距離 L 2D2/? = 2?12/ = ） 常用的方向圖術(shù)語： ? 場強(qiáng)方向圖 ：用輻射的電場強(qiáng)度表示的方向圖 ? 功率方向圖 ：用輻射的功率表示的方向圖 ? 歸一化方向圖 ：用最大值除以其余各項得到的方向圖 ? E面方向圖 ：與電場平行平面內(nèi)的圖形 ? H面方向圖 ：與電場垂直平面內(nèi)的圖形 ? （ E平面和 H平面稱為方向圖的主平面） 輻射方向圖表達(dá) ? 直角坐標(biāo) ? 極坐標(biāo) ? 三維方向圖 方向圖描述示例 直角坐標(biāo)方向圖 極坐標(biāo)方向圖 三維方向圖 波束寬度 ? 方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣。 ? 波 束 寬度 － 在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低 3dB（功率密度降低一半）的兩點間的夾角定義為波 束 寬度（又稱波瓣寬度 、 主瓣寬度 、 半功率角 或3dB寬度 ）。波 束 寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。 通常用 ?3dB或 ? ? 10dB波瓣寬度 － 顧名思義 ， 它是方向圖中輻射強(qiáng)度降低 10dB （功率密度降至十分之一） 的兩個點間的夾角 。 ? 極坐標(biāo)方向圖 直角坐標(biāo)方向圖 ?10dB ? 波束寬度示意圖 增益 ? 天線最大輻射強(qiáng)度與平均輻射強(qiáng)度之比。代表了天線輻射能量集中的程度。 增益 G ＝ ? 物理含義 ： 為在一定的距離上的某點處產(chǎn)生一定大小的信號，如果用理想的無方向性點源作為發(fā)射天線，需要 100W的輸入功率，而用增益為 G = 13 dB = 20 的某定向天線作為發(fā)射天線時，輸入功率只需 100 / 20 = 5W 。 換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來說，與無方向性的理想點源相比，把輸入功率放大的倍數(shù)。 4? ? 最大輻射功率 輻射總功率 ? 天線效率 ? 增益 ? 一般地， 增益 單位以 dB表示，計算式為 10log(G)。 ? 半波對稱振子的增益為 G = dBi。 ? dBi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，則增益的單位是 dBd 。因此， 半波對稱振子的增益為 G = 0 dBd （因為是自己跟自己比，比值為 1，取對數(shù)得零值） 。 ? 若 4個半波對稱振子沿垂線上下排列，構(gòu)成一個垂直四元陣 的 增益G = dBi，則換算成 dBd單位后的 增益為 G = – = 6 dBd。 天線增益估算公式 ? 天線增益的若干近似計算式 ? 天線主瓣寬度越窄，增益越高。對于一般天線，可用下式估算其增益： G(dBi) = 10log{32022/(2?3dB,E 2?3dB,H)} 式中， 2?3dB,E與 2?3dB,H分別為天線在兩個主平面上的波束寬度； 32022 是統(tǒng)計出來的經(jīng)驗值。 ? 對于拋物面天線，可用下式近似計算其增益： G(dBi) = 10log{ (D/λ0)2} 式中， D為拋物面直徑， λ0為中心工作波長， 是統(tǒng)計出來的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 ? 對于直立全向天線，有近似計算式 G(dBi) = 10log{2L/λ0} 式中， L為天線長度， λ0為中心工作波長。 旁瓣電平 ? 方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。 ? 旁瓣峰值與主瓣峰值之比稱為旁瓣電平，一般用分貝（ dB）表示。 天 線 輻 射 方 向 圖36302418126090 60 30 0 30 60 90角度（度）功率電平（dB）主瓣 旁瓣 13dB 極化方向 ? 極化方向指的是在垂直于電磁波傳播方向的平面上，電場矢量端點運(yùn)動的軌跡。示意圖如下： ? 電場矢量運(yùn)行軌跡可分為線 /圓 /橢圓三種形式，分別對應(yīng)于線極化 /圓極化和橢圓極化。 電磁波傳播方向 E E E t1 t2 t3 在時間 t t t3時垂直于傳播方向的平面 線極化 ? 線極化的電場振動方向隨時間的變化始終在一直線上。 電磁波傳播方向 E E E t1 t2 t3 在時間 t t t3時垂直于傳播方向的平面 圓極化 ? 圓極化天線的電場矢量端點在垂直于傳播方向平面上的運(yùn)行軌跡呈圓形，如下圖示： 電磁波傳播方向 E E E t1 t2 t3 在時間 t t t3時垂直于傳播方向的平面 天線極化方向 ? 極化分為線極化、圓極化和橢圓極化三種形式，最常用到的是線極化（垂直極化和水平極化）。 ? 只有極化相同的天線才能相互收發(fā)，因此選擇工程用天線時，天線的極化方向必須依基站信源的極化方向而定。 ? 通訊基站大多采用的是線極化電磁波，即垂直或水平極化電磁波。耦極子天線的極化方向如下圖： E 耦極子天線 波動隨時間沿垂直方向上下移動 － 垂直極化 耦極子天線 E 波動隨時間沿水平方向來回移動 － 水平極化 斜極化天線 ? 下圖示出了另兩種單極化的情況： +45176。 極化與 45176。 極化，通常稱為斜極化，它們僅僅在特殊場合下使用，見下圖。 ? 斜極化也屬線極化。因此，加上垂直 /水平極化，共有四種單（線）極化方向。 E +45186。斜極化 E 45186。斜極化 雙極化天線 ? 把垂直極化和水平極化、或者把 +45?極化和 45?極化兩種極化的天線組合在一起，就構(gòu)成了一種新的天線－雙極化天線，見下圖。 ? 雙極化天線有兩個輸入 /輸出接頭，接收 /發(fā)射兩個空間極化相互垂直的電磁波。 垂直 /水平型雙極化 +45186。/ 45186。型雙極化 E E E E 電壓駐波比（ VSWR） ? 當(dāng)系統(tǒng)不匹配時 , 饋線上同時存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，入射波電壓與反射波電壓的幅度相加形成一個最大電壓振幅Ｖ max，稱為波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方電壓幅度相減形成一個最小電壓振幅Ｖ min，稱為波節(jié)。其它各點電壓的幅度值則介于波腹與波節(jié)之間，這種合成波稱為駐波。電壓駐波比（ VSWR） 則是波腹電壓與波節(jié)電壓的比值，即 VSWR＝Ｖ max/Ｖ min ? 電壓駐波比是衡量信號輸入到天線端口時被反射回能量大小的指標(biāo)。該指標(biāo)另一個含義相同的名稱是回波損耗 （ Return Loss） ，單位為分貝（ dB），二者可如下?lián)Q算： 回波損耗 = 20log VSWR ? 1 VSWR + 1 電壓駐波比（ VSWR） ? 與 VSWR相關(guān)的基本概念 1). 反射系數(shù)：反射波電壓和入射波電壓幅度之比叫作反射系數(shù)，通常記為 R，計算式如下 R ＝ ＝ 其中， ZL為傳輸線終端負(fù)載阻抗， Z0為傳輸線特性阻抗。 2). VSWR與 R間的關(guān)系：終端負(fù)載阻抗Ｚ L和特性阻抗Ｚ 0越接近，反射系數(shù) R越小，駐波比 VSWR 越接近于，匹配也就越好。 反射波幅度 入射波幅度 ZL－ Z0 ZL＋ Z0 VSWR = 1＋ R 1－ R 駐波比 發(fā)射功率損失％ % % %