03-視頻監(jiān)控-06-無線傳輸

1、 無線傳輸 同軸電纜第三章 傳輸系統(tǒng) 雙絞線 光端機 光纖傳輸提示：雙擊視頻全屏縮放，按Esc鍵退出全屏天線的性能參數(shù)天線的輸入阻抗 Zin 定義：天線輸入端信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。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，這時饋線終端沒有功率反射，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。匹配的優(yōu)劣一般用四個參數(shù)來衡量即反射系數(shù)，行波系數(shù)，駐波比和回波損耗，四個參數(shù)之間有固定的數(shù)值關(guān)系，使用那一個純出于習(xí)慣。在我們?nèi)粘＞S護中，用的較多的是駐波比和回波

2、損耗。一般生產(chǎn)的饋線，主要是300歐姆、75歐姆和50歐姆三種阻抗。第三章 傳輸系統(tǒng)第一節(jié) 無線傳輸天線的性能參數(shù)天線的輸入阻抗 Zin 基本偶極天線的阻抗是75歐姆左右，V型偶極天線是50歐姆左右，基本垂直天線阻抗 50歐姆。其他天線一般阻抗都不是50或75歐姆，一般移動通信天線的輸入阻抗為50。那么在把它們與饋線連接之前，需要有一定的手段來做阻抗變換。輸入阻抗具有電阻分量 Rin 和電抗分量 Xin ，即 Zin = Rin + j Xin 。電抗分量的存在會減少天線從饋線對信號功率的提取，因此，必須使電抗分量盡可能為零，也就是應(yīng)盡可能使天線的輸入阻抗為純電阻。事實上，即使是設(shè)計、調(diào)試得很

3、好的天線，其輸入阻抗中總還含有一個小的電抗分量值。 輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)、尺寸以及工作波長有關(guān)，半波對稱振子是最重要的基本天線 ，其輸入阻抗為 Zin42.5 (歐) 。當(dāng)把其長度縮短（）時，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，此時的輸入阻抗為 Zin = 73.1 (歐) ,（標(biāo)稱 75 歐） 。注意，嚴(yán)格的說，純電阻性的天線輸入阻抗只是對點頻而言的。第三章 傳輸系統(tǒng)第一節(jié) 無線傳輸天線的性能參數(shù)天線的輸入阻抗 Zin 順便指出，半波折合振子的輸入阻抗為半波對稱振子的四倍，即 Zin = 280 (歐) ,（標(biāo)稱300歐）。 對于任一天線，人們總可通過天線阻抗調(diào)試，在要求的工

4、作頻率范圍內(nèi)，使輸入阻抗的虛部很小且實部相當(dāng)接近 50 歐，從而使得天線的輸入阻抗為Zin = Rin = 50 歐，這是天線能與饋線處于良好的阻抗匹配所必須的。第三章 傳輸系統(tǒng)第一節(jié) 無線傳輸天線的性能參數(shù)匹配概念 什么叫匹配？簡單地說，饋線終端所接負(fù)載阻抗L 等于饋線特性阻抗0 時，稱為饋線終端是匹配連接的。匹配時，饋線上只存在傳向終端負(fù)載的入射波，而沒有由終端負(fù)載產(chǎn)生的反射波，因此，當(dāng)天線作為終端負(fù)載時，匹配能保證天線取得全部信號功率。如下圖所示，當(dāng)天線阻抗為 50 歐時，與50 歐的電纜是匹配的，而當(dāng)天線阻抗為 80 歐時，與50歐的電纜是不匹配的。 如果天線振子直徑較粗，天線輸入阻抗

5、隨頻率的變化較小，容易和饋線保持匹配，這時天線的工作頻率范圍就較寬。反之，則較窄。 在實際工作中，天線的輸入阻抗還會受到周圍物體的影響。為了使饋線與天線良好匹配，在架設(shè)天線時還需要通過測量，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整天線的局部結(jié)構(gòu)，或加裝匹配裝置。第三章 傳輸系統(tǒng)第一節(jié) 無線傳輸天線的性能參數(shù)天線的輸入阻抗 Zin 反射損耗 前面已指出，當(dāng)饋線和天線匹配時，饋線上沒有反射波，只有入射波，即饋線上傳輸?shù)闹皇窍蛱炀€方向行進的波。這時，饋線上各處的電壓幅度與電流幅度都相等，饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。 而當(dāng)天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時，負(fù)載就只能吸收饋線上傳輸?shù)牟糠指哳l能量，而

6、不能全部吸收，未被吸收的那部分能量將反射回去形成反射波。第三章 傳輸系統(tǒng)第一節(jié) 無線傳輸天線的性能參數(shù)天線的輸入阻抗 Zin 反射損耗 例如，在右圖中，由于天線與饋線的阻抗不同，一個為75歐姆，一個為50歐姆，阻抗不匹配，其結(jié)果是 回波損耗以分貝值表示?；夭〒p耗的值在0dB的到無窮大之間，回波損耗越小表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配越好。0表示全反射，無窮大表示完全匹配。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求回波損耗大于14dB。第三章 傳輸系統(tǒng)第一節(jié) 無線傳輸天線的性能參數(shù)天線的輸入阻抗 Zin 電壓駐波比 在不匹配的情況下, 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，電壓振幅相加

7、為最大電壓振幅max ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅min ，形成波節(jié)。其它各點的振幅值則介于波腹與波節(jié)之間。這種合成波稱為行駐波。 第三章 傳輸系統(tǒng)第一節(jié) 無線傳輸天線的性能參數(shù)天線的輸入阻抗 Zin 電壓駐波比 反射波電壓和入射波電壓幅度之比叫作反射系數(shù)，記為 R 反射波幅度 （L0） R 入射波幅度 （L0 ） 波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù)，也叫電壓駐波比，記為VSWR 波腹電壓幅度max （1 + R）VSWR 波節(jié)電壓輻度min （1 - R）第三章 傳輸系統(tǒng)第一節(jié) 無線傳輸天線的性能參數(shù)天線的輸入阻抗 Zin -電壓駐波比 終端負(fù)載

8、阻抗L 和特性阻抗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。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求駐波比小于，但實際應(yīng)用中VSWR應(yīng)小于。過大的駐波比會減小基站的覆蓋并造成系統(tǒng)內(nèi)干擾加大，影響基站的服務(wù)性能。 平衡裝置 信號源或負(fù)載或傳輸線，根據(jù)它們對地的關(guān)系，都可以分成平衡和不平衡兩類。若信號源兩端與地之間的電壓大小相等、極性相反，就稱為平衡信號源，否則稱為不平衡信號源；若負(fù)載兩端與地之間的電壓大小相等、極性相反，就稱為平衡負(fù)載，否則稱為不平衡負(fù)載；若傳輸線兩導(dǎo)體與地之間阻抗相同，則稱為平衡傳輸線，否則為不平衡傳輸線。 在不平衡信號源與不平衡負(fù)載之間應(yīng)當(dāng)用同軸電纜連接，在平

9、衡信號源與平衡負(fù)載之間應(yīng)當(dāng)用平行雙線傳輸線連接，這樣才能有效地傳輸信號功率，否則它們的平衡性或不平衡性將遭到破壞而不能正常工作。如果要用不平衡傳輸線與平衡負(fù)載相連接，通常的辦法是在兩者之間加裝“平衡不平衡”的轉(zhuǎn)換裝置，一般稱為平衡變換器 。對稱的天線是平衡的，如偶極天線、八木天線，而同軸電纜是不平衡的，把這兩者連接起來，就需要解決平衡不平衡轉(zhuǎn)換的問題。 第三章 傳輸系統(tǒng)第一節(jié) 無線傳輸天線的性能參數(shù)平衡裝置 二分之一波長平衡變換器 又稱“”形管平衡變換器，它用于不平衡饋線同軸電纜與平衡負(fù)載半波對稱振子之間的連接。 “”形管平衡變換器還有 1:4 的阻抗變換作用。移動通信系統(tǒng)采用的同軸電纜特性阻

10、抗通常為50歐，所以在YAGI天線中，采用了折合半波振子，使其阻抗調(diào)整到200歐左右，實現(xiàn)最終與主饋線50歐同軸電纜的阻抗匹配。第三章 傳輸系統(tǒng)第一節(jié) 無線傳輸天線的性能參數(shù)平衡裝置 四分之一波長平衡-不平衡器 利用四分之一波長短路傳輸線終端為高頻開路的性質(zhì)實現(xiàn)天線平衡輸入端口與同軸饋線不平衡輸出端口之間的平衡-不平衡變換。第三章 傳輸系統(tǒng)第一節(jié) 無線傳輸天線的性能參數(shù)天線的工作頻率范圍（頻帶寬度） 無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍（頻帶寬度）內(nèi)工作的。這意味著雖然諧振頻率是一個頻率點，但是在這個頻率點附近一定范圍內(nèi)，這付天線的性能都是差不多好的。這個范圍就是帶寬。天線的帶

11、寬和天線的型式、結(jié)構(gòu)、材料都有關(guān)系。一般來說，振子所用管、線越粗，帶寬越寬；天線增益越高。一般說來，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個頻率點上, 天線性能是有差異的，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。 天線的頻帶寬度有兩種不同的定義： 一種是指在駐波比SWR 1.5 條件下，天線的工作頻帶寬度； 一種是指天線增益下降 3 分貝范圍內(nèi)的頻帶寬度。 在移動通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具體的說，天線的頻帶寬度就是天線的駐波比SWR 不超過 1.5 時，天線的工作頻率范圍。第三章 傳輸系統(tǒng)第一節(jié) 無線傳輸天線的性能參數(shù)天線的效率 天線本身是一種無源器件，就其對傳輸而言存在一定的損耗。這種損耗通常用天線的

12、效率來衡量。所謂天線效率就是指天線的輻射功率PF與輸入功率Pi之比。常用“”來表示，即 仰角 天線的仰角是指電波的仰角，而并不是天線振子本身機械上的仰角。仰角反映了天線接收哪個高度角來的電波最強。對于F層傳播，我們希望仰角低，可以傳播地遠(yuǎn)，對于 Es層，電波主要是從高處來，我們希望仰角高。 仰角的高低取決于天線型式和架設(shè)高度。一般來說，垂直天線具有低仰角，其他天線的仰角隨架設(shè)高度變化。第三章 傳輸系統(tǒng)第一節(jié) 無線傳輸天線的性能參數(shù)架設(shè)高度 天線有一個架設(shè)高度。這個高度實際上是兩個高度，一個高度我們考慮它的水平面高度，這個高度對于本地信號有些用，對于DX其實用處不大。第二個常常被忽略的高度是地面高度，是指天線到電氣地面的高度。比如架設(shè)在鋼筋水泥房頂?shù)奶炀€，雖然房子高有20米，但是天線距房頂只有1米，那么這付天線的高度只是1米。 天線的高度對不同的天線有不同的影響，一般會影響天線的阻抗和仰角。通常我們認(rèn)為天線的地面高度應(yīng)在個波長以上，才比較不受地面的影響。 天線測量方法和常用儀器 輸入阻抗和駐