天线设计基础设计

天线设计基础设计

双频工作可利用激励多模和采用分层结构实现双频工作的重要途径。

一、谐振分枝法

分枝法是应用最多、也是最容易理解的一种多频实现方法，在传统的GSM/DCS/PCS和双频WIFI天线的设计中应用非常广。其最简单的理解方法就是天线的一个分枝对应一个工作频段，且各个分枝之间是相互独立的，这种方法在进行分频调谐时优势非常明显，由于分枝的相对独立性，因此在调节一个频段时不会对其他的频段产生较大的影响，现在我们可以简单的看几组实物照片，如下：

参考：​​参考​​

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，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，则称它为水平极化波

天线的输入阻抗

天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗有电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。

输入阻抗与天线的结构和工作波长有关，基本半波振子，即由中间对称馈电的半波长导线，其输入阻抗为（73.1＋ｊ42.5）欧姆。

2.3 天线的方向性

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，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。天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。

天线的功能: 控制辐射能量的去向在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求把“面包圈” 压成扁平的。

利用反射板可把辐射能控制聚焦到一个方向

反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线

在我们的“扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益

这里, “扇形覆盖天线” 与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW) = 9dBd

方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比

天线增益与方向图的关系

一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增益G越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可用下式近似表示

其中，Ga为天线增益（为倍数，计算时要换算成dB值）

为垂直半功率角，为水平半功率角。天线增益与方向图半功率波瓣宽度关系曲线

板状天线增益与水平波瓣宽度

为使波束指向朝向地面

天线波束下倾的演示

波束下倾

用于 ：控制覆盖、减小交调

两种方法:机械下倾、电下倾

电下倾的产生

天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。

分为机械下倾和电下倾两种情况

增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。

一个天线与对称振子相比较的增益、用“dBd”表示。一个天线与各向同性辐射器相比较的增益、用“dBi”表示。例如: 3dBd = 5.17dB连接天线和发射（或接收）机输出（或输入）端的导线称为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效地传输信号能量。因此它应能将天线接收的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，或将发射机发出的信号以最小的损耗传送到发射天线的输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号。这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡。

当传输线的几何长度等于或大于所传送信号的波长时就叫做长传输线，简称长线。

无线传输线

传输线的种类

超短波段的传输线一般有两种：平行线传输线和同轴电缆传输线（微波传输线有波导和微带等）。

平行线传输线通常由两根平行的导线组成。它是对称式或平衡式的传输线。这种馈线损耗大，不能用于UHF频段。

同轴电缆传输线的两根导线为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。

匹配的概念

什么叫匹配？我们可简单地认为，馈线终端所接负载阻抗Ｚ等于馈线特性阻抗Ｚ。时，称为馈线终端是匹配连接的。

在实际工作中，天线的输入阻抗还会受周围物体存在和杂散电容的影响。为了使馈线与天线严格匹配，在架设天线时还需要通过测量，适当地调整天线的结构，或加装匹配装置。

匹配和失配例

反射损耗

当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。馈线上传输的是行波，馈线上各处的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗.而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。

6 馈线和天线的电压驻波比

在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。

反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。

驻波比、反射损耗和反射系数

平衡装置

电源、负载和传输线，根据它们对地的关系，都可以分成平衡和不平衡两类。若电源两端与地之间的电压大小相等，极性相反，就称为平衡电源，否则称为不平衡电源；

与此相似，若负载两端或传输线两导体与地之间阻抗相同，则称为平衡负载或平衡（馈线）传输线，否则为不平衡负载或不平衡（馈线）传输线。二分之一波长平衡变换器

又称“Ｕ”形平衡变换器，它用于不平衡馈线与平衡负载连接时的平衡变换，并有阻抗变换作用。

四分之一波长平衡-不平衡变换器

利用四分之一波长短路传输线终端为高频开路的性质实现天线平衡输入端口与同轴馈线不平衡输出端口之间的平衡不平衡变换.

我们可简单地认为，馈线终端所接负载阻抗Ｚ等于馈线特性阻抗Ｚ。时，称为馈线终端是匹配连接的。

当传输线的几何长度等于或大于所传送信号的波长时就叫做长传输线，简称长线。

又称“Ｕ”形平衡变换器，它用于不平衡馈线与平衡负载连接时的平衡变换，并有阻抗变换作用。

无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，用符号Ｚ。表示。同轴电缆的特性阻抗Ｚ＝〔138/εr 1/2 〕×log(D/d)欧姆。通常Ｚ。=50欧姆/或75欧姆（在公式中：D为同轴电缆外导体铜网内径； d为其芯线外径； εr为导体间绝缘介质的相对介电常数。）

由上式不难看出，馈线特性阻抗与导体直径、导体间距和导体间介质的介电常数有关，与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗大小无关。基站天馈系统示意图

CDMA基站天馈系统

1天线调节支架

用于调整天线的俯仰角度，一般调节范围为：0°~15 °；

2 室外跳线

用于天线与7/8〞主馈线之间的连接。常用的跳线采用1/2 〞馈线，长度一般为3米。

3 接头密封件

用于室外跳线两端接头（与天线和主馈线相接）的密封。常用的材料有绝缘防水胶带（3M2228）和PVC绝缘胶带3M33+）。

4 接地装置（7/8〞馈线接地件 ）

主要是用来防雷和泄流，安装时与主馈线的外导体直接连接在一起。一般每根馈线装三套，分别装在馈线的上、中、下部位，接地点方向必须顺着电流方向。

5 7/8〞馈线卡子 用于固定主馈线，在垂直方向，每间隔1。5米装一个，水平方向每间隔1米安装一个（在室内的主馈线部分，不需要安装卡子，一般用尼龙白扎带捆扎固定）。常用的7/8〞卡子有两种；双联和三联。7/8〞双联卡子可固定两根馈线；三联卡子可固定三根馈线。 6 走线架 用于布放主馈线、传输线、电源线及安装馈线卡子。 7 馈线过窗器 主要用来穿过各类线缆，并可用来防止雨水、鸟类、鼠类及灰尘的进入。 8 防雷保护器（避雷器） 主要用来防雷和泄流，装在主馈线与室内超柔跳线之间，其接地线穿过过线窗引出室外，与塔体相连或直接接入地网。 9 室内超柔跳线 用于主馈线（经避雷器）与基站主设备之间的连接，常用的跳线采用1/2〞超柔馈线，长度一般为2~3米。由于各公司基站主设备的接口及接口位置有所不同，因此室内超柔跳线与主设备连接的接头规格亦有所不同，常用的接头有7/16DIN型、有N型。有直头、亦有弯头。 10 尼龙黑扎带，主要有两个作用： （1）安装主馈线时，临时捆扎固定主馈线，待馈线卡子装好后， 再将尼龙扎带剪断去掉。 （2）在主馈线的拐弯处，由于不便使用馈线卡子，故用尼龙扎带 固定。室外跳线亦用尼龙黑扎带捆扎固定。 11 尼龙白扎带：用于捆扎固定室内部分的主馈线及室内超柔跳线。

7/8馈线卡子的安装方法？ 避雷器的作用和安装方法是什么？ 用于固定主馈线，在垂直方向，每间隔1。5米装一个，水平方向每间隔1米安装一个（在室内的主馈线部分，不需要安装卡子，一般用尼龙白扎带捆扎固定）。 主要用来防雷和泄流，装在主馈线与室内超柔跳线之间，其接地线穿过过线窗引出室外，与塔体相连或直接接入地网。

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