微波天線培訓(xùn)資料2017

1、微波天微波天線線培培訓(xùn)資訓(xùn)資料料ZHANG TIEJUN什么是微波？什么是微波？300M-3000GHz頻率范圍內(nèi)的電磁波。頻率范圍內(nèi)的電磁波。微波微波LFMFHFVHFUHFSHFEHF 10Km10Km1Km1Km100m100m10m10m1m1m10cm10cm1cm1cm1mm1mmf f30KHz30KHz 300KHz300KHz 3MHz3MHz 30MHz30MHz 300MHz300MHz 3GHz3GHz 30GHz30GHz 300GHz300GHz紅外線可見光MicrowaveZHANG TIEJUN什么是微波？什么是微波？ZHANG TIEJUN什么是微波？什么是微

2、波？應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域通信通信雷達(dá)雷達(dá)環(huán)?？茖W(xué)環(huán)?？茖W(xué)電磁能應(yīng)用電磁能應(yīng)用生物電磁學(xué)生物電磁學(xué)射電天文射電天文ZHANG TIEJUN什么是通信？什么是通信？定義：定義：狹義：指人與人或人與自然之間狹義：指人與人或人與自然之間 通過某種行為或媒介通過某種行為或媒介 進(jìn)行的信息交流與傳遞進(jìn)行的信息交流與傳遞廣義：指需要信息的雙方或多方廣義：指需要信息的雙方或多方 在不違背各自意愿的情況下在不違背各自意愿的情況下 無論采用何種方法，使用何種煤質(zhì)無論采用何種方法，使用何種煤質(zhì) 將信息從某方準(zhǔn)確安全傳送到另一方將信息從某方準(zhǔn)確安全傳送到另一方ZHANG TIEJUN什么是通信？什么是通信？形體時(shí)代口語時(shí)

3、代文字書寫時(shí)代印刷時(shí)代1044年，畢升發(fā)明活字印刷術(shù)。年，畢升發(fā)明活字印刷術(shù)。 1450年，日耳曼人古騰堡發(fā)明年，日耳曼人古騰堡發(fā)明 金屬活字印刷術(shù)。金屬活字印刷術(shù)。發(fā)展簡(jiǎn)史ZHANG TIEJUN什么是通信？什么是通信？1955年，美國發(fā)行了第一部軍用電子計(jì)算機(jī)。年，美國發(fā)行了第一部軍用電子計(jì)算機(jī)。1969年，美軍建立阿帕網(wǎng)（年，美軍建立阿帕網(wǎng)（ARPANET）1983年，美國國防部將阿帕網(wǎng)分為軍網(wǎng)和民年，美國國防部將阿帕網(wǎng)分為軍網(wǎng)和民 網(wǎng)，漸漸擴(kuò)大為今天的互聯(lián)網(wǎng)。網(wǎng)，漸漸擴(kuò)大為今天的互聯(lián)網(wǎng)。 1993年，美國宣布興建信息高速通路計(jì)劃，年，美國宣布興建信息高速通路計(jì)劃， 整合電腦、電話、電視

4、媒體。整合電腦、電話、電視媒體。1837年，美國人摩斯發(fā)明電報(bào)機(jī)。年，美國人摩斯發(fā)明電報(bào)機(jī)。 1857年，橫跨大西洋海底電報(bào)電纜完成。年，橫跨大西洋海底電報(bào)電纜完成。 1875年，貝爾發(fā)明史上第一支電話。年，貝爾發(fā)明史上第一支電話。 1895年，俄國人波波夫和意大利人馬可尼年，俄國人波波夫和意大利人馬可尼 同時(shí)成功研制了無線電接收機(jī)。同時(shí)成功研制了無線電接收機(jī)。 1920年代，收音機(jī)問世。年代，收音機(jī)問世。1920年代，英國人貝爾德成功進(jìn)行了電視畫年代，英國人貝爾德成功進(jìn)行了電視畫 面的傳送，被譽(yù)為電視發(fā)明人。面的傳送，被譽(yù)為電視發(fā)明人。 1962年，年， 美國發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星，美國發(fā)射第一

5、顆人造衛(wèi)星， 開啟電視衛(wèi)星傳送的時(shí)代。開啟電視衛(wèi)星傳送的時(shí)代。 電報(bào)時(shí)代電話時(shí)代電視時(shí)代網(wǎng)絡(luò)時(shí)代發(fā)展簡(jiǎn)史ZHANG TIEJUN微波通信微波通信 利用微波進(jìn)行通信具有容量大、質(zhì)量好并可傳至很遠(yuǎn)的距離利用微波進(jìn)行通信具有容量大、質(zhì)量好并可傳至很遠(yuǎn)的距離不需要固體介質(zhì)不需要固體介質(zhì)兩點(diǎn)間直線距離內(nèi)無障礙兩點(diǎn)間直線距離內(nèi)無障礙微波通信微波通信國家通信網(wǎng)的一種重要通信手段國家通信網(wǎng)的一種重要通信手段普遍適用于各種專用通信網(wǎng)普遍適用于各種專用通信網(wǎng)定義定義使用微波進(jìn)使用微波進(jìn)行的通信行的通信ZHANG TIEJUN微波通信微波通信微波通信微波接力通信衛(wèi)衛(wèi)星通信對(duì)對(duì)流層層散射通信空間間通信移動(dòng)動(dòng)通信（工作

6、于微波頻頻段）ZHANG TIEJUN微波接力通信微波接力通信一跳：兩個(gè)系統(tǒng)連接使用形成最小通信系統(tǒng)收發(fā)特性 收信頻率高于發(fā)信頻率的微波站為高站(N) 收信頻率低于發(fā)信頻率的微波站為低站(P)ZHANG TIEJUN微波接力通信微波接力通信合路器中頻電纜IDUODU天線微波通信系統(tǒng)由微波發(fā)信機(jī)、收信微波通信系統(tǒng)由微波發(fā)信機(jī)、收信機(jī)、天饋線系統(tǒng)、多路復(fù)用設(shè)備及機(jī)、天饋線系統(tǒng)、多路復(fù)用設(shè)備及用戶終端設(shè)備等組成的通信系統(tǒng)。用戶終端設(shè)備等組成的通信系統(tǒng)。ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)有效地輻射和接收無線電波的裝置，稱為天線。有效地輻射和接收無線電波的裝置，稱為天線。無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)

7、功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接下來（天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機(jī)。僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機(jī)。B B l la ah h blahb l a hblahZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)電磁波的傳播電場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng)振子振子電波傳輸方向電波傳輸方向磁場(chǎng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)接收天線發(fā)射天線可逆性互易原理ZHANG

8、 TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)1.發(fā)射天線發(fā)射天線2.接收天線接收天線1.線天線線天線2.面天線面天線1.超長(zhǎng)波天線超長(zhǎng)波天線2.長(zhǎng)波天線長(zhǎng)波天線3.中波天線中波天線4.短波天線短波天線5.超短波天線超短波天線6.微波天線微波天線1.通信天線通信天線2.廣播天線廣播天線3.電視天線電視天線4.雷達(dá)天線雷達(dá)天線工作性質(zhì)結(jié)構(gòu)形式 工作波長(zhǎng) 用途 天線天線ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)電性能參數(shù) 工作頻段增益 方向圖 水平、垂直波瓣3dB寬度 下傾角前后比 旁瓣抑制與零點(diǎn)填充 輸入阻抗駐波比 極化方式 天線口隔離機(jī)械參數(shù) 尺寸 重量 外觀顏色 工作溫度 存儲(chǔ)溫度風(fēng)載 迎風(fēng)面積接頭型式 包裝

9、尺寸 天線抱桿 防雷天線參數(shù)天線參數(shù)ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)Wavelength1/2 Wavelength 1900MHz ：166mm 800MHz ：333mm 兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱振子。兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱振子。每臂長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)、全長(zhǎng)為二分之一波長(zhǎng)的振子，稱每臂長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)、全長(zhǎng)為二分之一波長(zhǎng)的振子，稱半波對(duì)稱振子半波對(duì)稱振子天線基礎(chǔ)半波振子（天線基礎(chǔ)半波振子（Dipoles）1/4 Wavelength1/4 Wavelength1/2 WavelengthDipoleZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)1個(gè)個(gè) dipole 接收功率(re

10、ceived power)：1mWMultiple dipole matrixReceived power：4 mWGAIN= 10log(4mW/1mW) = 6dBd半波振子（半波振子（Dipoles）輻射圖輻射圖ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)天線方向圖（天線方向圖（Pattern）ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)天線增益天線增益注意：天線只是無源傳輸器件，不能放大能量！注意：天線只是無源傳輸器件，不能放大能量！增益是指：在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與增益是指：在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所

11、產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。率密度之比。它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。它定量地描述一個(gè)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(guān)系，方向圖主瓣增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。越窄，副瓣越小，增益越高。半波振子半波振子理想點(diǎn)源（無耗均勻輻射器）理想點(diǎn)源（無耗均勻輻射器）eg: 0dBd = 2.15dBi2.15dBZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)天線增益天線增益與方向圖的關(guān)系全向天線增益與垂直波瓣寬度方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)定向天

12、線增益vdBi vs. dBdPLAN VIEWisotropicdipoledB Gainref Dipole (dBD)dB Gainref isotropic (dBi)0dBi(ref)0dBD(ref)定向天線定向天線ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)120 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB10dB Beamwidth60 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB3dB Beamwidth方向圖通常都有兩個(gè)或多個(gè)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。方向圖通常都有兩個(gè)或多個(gè)瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣

13、稱為副瓣或旁瓣。在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低 3 dB3 dB（功率密度降低一半）的兩點(diǎn)間的夾角定義（功率密度降低一半）的兩點(diǎn)間的夾角定義為波瓣寬度（又稱為波瓣寬度（又稱 波束寬度波束寬度 或或 主瓣寬度主瓣寬度 或或 半功率角）。波瓣寬度越窄，方向性越好，半功率角）。波瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。 還有一種波瓣寬度，即還有一種波瓣寬度，即 10dB10dB波瓣寬度，顧名思義它是方向圖中輻射強(qiáng)度降低波瓣寬度，顧名思義它是方向圖中輻射強(qiáng)度降低 10dB 10dB （功率（功率密度降至十分之一）密度

14、降至十分之一） 的兩個(gè)點(diǎn)間的夾角的兩個(gè)點(diǎn)間的夾角波束寬度（波束寬度（Beamwidth）ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)前后比前后比方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為 F / B 。前后比越。前后比越大，天線的后向輻射（或接收）越小。前后比大，天線的后向輻射（或接收）越小。前后比F / B 的計(jì)算十分簡(jiǎn)的計(jì)算十分簡(jiǎn)單單- F / B = 10 Lg （前向功率密度）（前向功率密度） /（ 后向功率密度）后向功率密度）后向功率后向功率前向功率前向功率ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)輸入阻抗輸入阻抗Impedance反射系數(shù)駐波比行

15、波系數(shù)回波損耗匹配匹配天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時(shí)饋線終端沒有功率發(fā)射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩，天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電這時(shí)饋線終端沒有功率發(fā)射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩，天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗?？狗至?，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗。一般天線的輸入

16、阻抗是一般天線的輸入阻抗是50歐。歐。ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)輸入阻抗輸入阻抗Impedance匹配和失配例電纜電纜 50 ohms 天線天線 50 ohms 80 ohmsZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)80 ohms50 ohmsForwarda: 10WReturn Loss： 10log(10/0.5) = 13dBVSWR (Voltage Standing Wave Ratio)回波損耗回波損耗 Return Loss回波損耗：回波損耗：它是反射系數(shù)絕對(duì)值的倒數(shù)，以分貝值表示?；夭〒p耗的值在0dB 到無窮大之間，回波損耗越小表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配

17、越好。0表示全反射，無窮大表示完全匹配。對(duì)于微波天線，一般要求回波損耗大于17.7dB。Backward: 0.5W9.5 WZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)電壓駐波比（電壓駐波比（VSWR）否則就會(huì)有反否則就會(huì)有反射波產(chǎn)生，流射波產(chǎn)生，流向信號(hào)源向信號(hào)源微波傳輸線的阻微波傳輸線的阻抗必須與天線的抗必須與天線的輸入阻抗匹配輸入阻抗匹配由反射波和入射由反射波和入射波合成而產(chǎn)生的波合成而產(chǎn)生的稱為駐波稱為駐波駐波信號(hào)振幅駐波信號(hào)振幅的最大值與最的最大值與最小值之比稱為小值之比稱為電壓駐波比電壓駐波比VSWR它是行波系數(shù)的倒數(shù)，其值在1到無窮大之間。駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無窮大表

18、示全反射，完全失配。對(duì)于微波天線，一般要求駐波比小于1.3。ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ) 天線極化方式（天線極化方式（Polarization）垂直極化垂直極化水平極化水平極化+ 45傾斜極化傾斜極化- 45傾斜極化傾斜極化極化是指電磁波在傳播的過程中，其電場(chǎng)矢量的方向和幅極化是指電磁波在傳播的過程中，其電場(chǎng)矢量的方向和幅度隨時(shí)間變化的狀態(tài)。接收天線的極化方向只有同被接收度隨時(shí)間變化的狀態(tài)。接收天線的極化方向只有同被接收的電磁波的極化形式一致時(shí)，才能有效地接收到信號(hào)。的電磁波的極化形式一致時(shí)，才能有效地接收到信號(hào)。ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)V/H (Vertical/

19、Horizontal)Slant (+/- 45)雙極化天線雙極化天線ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)天線口隔離天線口隔離1000mW ( 1W)1mW10log(1000mW/1mW) = 30dB理想的極化完全隔離是沒有的。饋送到一種極化的天線中去的信號(hào)多少總會(huì)有那么理想的極化完全隔離是沒有的。饋送到一種極化的天線中去的信號(hào)多少總會(huì)有那么一點(diǎn)點(diǎn)在另外一種極化的天線中出現(xiàn)。一點(diǎn)點(diǎn)在另外一種極化的天線中出現(xiàn)。例如下圖例如下圖所示的雙極化天線中，設(shè)輸入垂直極化天線的功率為所示的雙極化天線中，設(shè)輸入垂直極化天線的功率為1W1W，結(jié)果在水平極化，結(jié)果在水平極化天線的輸出端測(cè)得的輸出功率為天線

20、的輸出端測(cè)得的輸出功率為 1mW1mW，則隔離度為，則隔離度為30dB.30dB.ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)工作頻段工作頻段v以以15GHz為例：為例：v 選用選用14.4015.35GHz天線。天線。v 工作帶寬工作帶寬15.3514.400.95GHZ v 中心中心頻率頻率=（15.35+14.40）/2 v =14.875GHZ v v 絕對(duì)帶寬絕對(duì)帶寬=工作帶寬工作帶寬v 相對(duì)帶寬相對(duì)帶寬=絕對(duì)帶寬絕對(duì)帶寬/中心頻率中心頻率*100%ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)天線罩材料天線罩材料PVC, ABS, fiberglass等防曬、防凍，防鹽霧，阻燃，抗老化等ZH

21、ANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)天線外觀顏色天線外觀顏色Good-looking, environment-protectingZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)偽裝天線偽裝天線ZHANG TIEJUN天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)偽裝天線偽裝天線ZHANG TIEJUN微波天線微波天線 天天線線微波天微波天線線微波拋物面天微波拋物面天線線微波面天微波面天線線 微波天微波天線線 非微波天非微波天線線 微波微波線線天天線線 微波面天微波面天線線 微波平板天微波平板天線線 微波拋物面天微波拋物面天線線 其他形式的微波面天其他形式的微波面天線線 微波微波標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)拋物面天準(zhǔn)拋物面天線線微波非微波非標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)拋物面天準(zhǔn)拋物面天線線Z