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天线知识:99%的人都忽略了…

2025-05-28 来源: YIQIFUWU宜器服务网 阅读量 :
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天线工作原理


当导线中流过交变电流,且导线长度增加到与波长相近时,会形成较强的电磁波辐射,这种直导线被称为振子。其中,两臂长度相等、每臂为四分之一波长、总长度为二分之一波长的振子称为半波对称振子。这是一种经典且广泛应用的天线形式,既可以独立使用,也可作为馈源,或组成天线阵列。

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02

天线电性能参数


方向图:用于描述天线在空间各个方向上发射或接收电磁波的能力时,一个单一的半波对称振子呈现出水平放置的“面包圈”形状的立体方向图。该方向图可以分解为 E 面和 H 面方向图。通过将多个对称振子组成阵列,或者结合反射板使用,可以有效控制辐射方向,从而增强天线的方向性性能。

方向图.gif

工作频段:天线的工作频段必须与所设计系统的频段相匹配。从减少带外干扰信号的角度来看,带宽只需刚好满足频带要求即可。


输入阻抗:天线的输入阻抗是指馈电端输入电压与输入电流的比值。理想情况下,输入阻抗应为纯电阻,并等于馈线的特性阻抗,此时可实现无功率反射和无驻波的效果。匹配质量可以通过反射系数、行波系数、驻波比以及回波损耗来评估。在移动通信天线中,输入阻抗通常为 50Ω。

电压驻波比与回波损耗:电压驻波比(VSWR)是行波系数的倒数,

驻波比与回波损耗 :

VSWR= 1−∣Γ∣/1+∣Γ∣,RL (dB)=−20log∣Γ∣

 当VSWR=1.5时,回波损耗≈14dB。

增益转换 :半波振子增益为0dBd(2.15dBi)。

在 1 到无穷大之间,驻波比为 1 时表示完全匹配。在移动通信系统中,一般要求驻波比小于 1.5,而在实际应用中则应尽量控制在 1.3 以下。回波损耗是反射系数绝对值的倒数,并以分贝(dB)为单位进行表示,其取值范围为 0 dB 到无穷大。回波损耗越大,表明匹配效果越好。在移动通信系统中,通常要求回波损耗大于 14 dB。


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极化方式:无线电波的电场方向为电波的极化方向,单极化天线多采用垂直极化,双极化天线多采用 +45° 双极化。

极化方式.gif

天线分集方式:包含空间分集和极化分集两种方式。其中,空间分集需要两个接收天线之间保持一定的距离间隔;而极化分集则采用 45° 双极化天线,借助两个相互垂直的 45° 极化方向,实现优异的分集接收效果。

天线分集方式.jpg

增益:在输入功率相同的情况下,实际天线与理想辐射单元在空间同一点的信号功率密度之比,用于定量表征天线的辐射集中程度。方向图的主瓣越窄、副瓣越小,天线增益则越高。常用的增益单位有 dBd 和 dBi,二者的关系为:dBi = dBd + 2.15。

增益.jpg

波束宽度:在主瓣最大辐射方向的两侧,辐射强度下降 3dB(功率密度降低至一半)的两点间夹角被称为波瓣宽度(3dB 宽度)。此外,当辐射强度下降 10dB(功率密度降至十分之一)时,对应的夹角则定义为 10dB 波瓣宽度。波瓣宽度越窄,天线的方向性越强。全向天线的水平波瓣宽度为 360°,而定向天线的水平波瓣宽度有多种规格,常见的包括 65° 和 90°。垂直波瓣宽度通常在 3° 至 80° 范围内,而在基站应用中,多采用 5° 至 18° 的天线设计。

波束宽度.jpg

下倾角:天线的下倾方式主要包括机械下倾和电下倾两种。机械下倾成本较低,通常适用于下倾角度小于 10° 的场景;而电下倾虽然价格较高,但其下倾角度范围更广,在较大下倾角度下,天线的方向图不会出现明显畸变。在城区站点、高站点等特定环境中,电下倾天线更为适用。

下倾角.jpg

前后比:主瓣最大值与后瓣最大值之比,一般要求为 25dB。

前后比.jpg

上旁瓣抑制与零点填充:天线主瓣上方的旁瓣应被抑制,其中第一旁瓣电平应低于 -18dB;而主瓣下方的旁瓣需要确保对周围区域的有效覆盖,其第一零点电平应高于 -20dB。

上旁瓣抑制与零点填充.jpg

功率容量与三阶互调:天线的功率容量通常在25W至1500W之间,而基站天线的功率容量应高于200W。

天线口隔离度:理想的完全极化隔离并不存在。


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天线机械参数


尺寸与重量:天线的尺寸包括长度、宽度和厚度。其中,长度与垂直波瓣、增益以及波长相关;宽度则与水平波瓣和波长有关;厚度取决于所采用的天线技术。此外,天线的重量会对其运输和施工产生影响。

天线罩材料:常用材料包括 PVC、ABS 和 fiberglass 等,需具备防晒、防冻、防盐雾、阻燃及抗老化等性能。

天线抱杆与防雷:天线需防雷,金属件直流到地。

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