天線特性掃盲

天線的特性：共振:

任何天線都諧振在一定的頻率上，我們要接收哪個(gè)頻率的信號(hào)，就希望天線諧振在那個(gè)頻率上。天線諧振是對(duì)天線最根本的要求，要不然，就沒那么多講究了，隨便扔根線出去不也是天線嘛。天線的諧振問題涉及到的主要數(shù)據(jù)是波長(zhǎng)及其四分之一。計(jì)算波長(zhǎng)的公式很簡(jiǎn)單，300/f。其中f的單位是MHz，而得到的結(jié)果的單位是米。1/4波長(zhǎng)是稱作根本振子，如偶極天線是一對(duì)根本振子，垂直天線是一根根本振子。不過天線中的振子的長(zhǎng)度并不正好是1/4波長(zhǎng)，因?yàn)殡姴ㄔ趯?dǎo)線中行進(jìn)的速度與在真空中的不同，一般都要短一些，所以有一個(gè)縮短因子。這個(gè)因子取決于材料。帶寬:

這也是一個(gè)重要但容易被忽略的問題。天線是有一定帶寬的，這意味著雖然諧振頻率是一個(gè)頻率點(diǎn)，但是在這個(gè)頻率點(diǎn)附近一定范圍內(nèi)，這付天線的性能都是差不多好的。這個(gè)范圍就是帶寬。我們當(dāng)然希望一付天線的帶寬能覆蓋一定的范圍，最好是我們所收聽的整個(gè)FM播送波段。要不然換個(gè)臺(tái)還要換天線或者調(diào)天線也太麻煩了。天線的帶寬和天線的型式、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，帶寬越窄。阻抗:

天線可以看做是一個(gè)諧振回路。一個(gè)諧振回路當(dāng)然有其阻抗。我們對(duì)阻抗的要求就是匹配：和天線相連的電路必須有與天線一樣的阻抗。和天線相連的是饋線，饋線的阻抗是確定的，所以我們希望天線的阻抗和饋線一樣。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，國(guó)外過去還有450歐姆和600歐姆阻抗的饋線。根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，根本垂直天線阻抗

50歐姆。其他天線一般阻抗都不是50或75歐姆，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。平衡:

對(duì)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。增益:

天線是無(wú)源器件，但是天線是可以有增益的。這個(gè)增益當(dāng)然是相對(duì)增益，是相對(duì)于根本偶極天線而言的。FM

DX所用的天線，當(dāng)然希望增益越高越好。不過別忘了，增益高往往伴隨著帶寬窄。方向性:

不是所有的天線都有方向性的。便攜式收音機(jī)上的拉桿天線就沒有方向性。偶極天線有弱的方向性，八木等定向天線可以得到較好的方向性。好的方向性意外著能夠集中收集所需方向的電波，還有一個(gè)重要的能力就是能局部地減弱本地電臺(tái)信號(hào)的影響。但是定向天線并不是什么情況下都好。當(dāng)沒有目標(biāo)而等待的時(shí)候，定向天線就有可能使你錯(cuò)過天線反面的信號(hào)。所以比較合理的方式，是用一個(gè)垂直天線和一付定向天線配合使用，用垂直天線等待，聽到信號(hào)后，再用定向天線轉(zhuǎn)過去對(duì)準(zhǔn)了聽。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(jī)械上的仰角。仰角反映了天線接收哪個(gè)高度角來的電波最強(qiáng)。對(duì)于F層傳播，我們希望仰角低，可以傳播地遠(yuǎn)，對(duì)于

Es層，電波主要是從高處來，我們希望仰角高。仰角的上下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。架設(shè)高度:

天線有一個(gè)架設(shè)高度。這個(gè)高度實(shí)際上是兩個(gè)高度，一個(gè)高度我們考慮它的水平面高度，這個(gè)高度對(duì)于本地信號(hào)有些用，對(duì)于DX其實(shí)用處不大。第二個(gè)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。比方架設(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(duì)不同的天線有不同的影響，一般會(huì)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0.4個(gè)波長(zhǎng)以上，才比較不受地面的影響。駐波比:

最后介紹這個(gè)最不被中國(guó)的愛好者熟悉的特征。駐波比反映了天饋系統(tǒng)的匹配情況。它是以天線作為發(fā)射天線時(shí)發(fā)射出去和反射回來的能量的比來衡量天線性能的。駐波比是由天饋系統(tǒng)的阻抗決定的。天線的阻抗與饋線的阻抗與接收機(jī)的阻抗一致，駐波比就小。駐波比高的天饋系統(tǒng)，信號(hào)在饋線中的損失很大。天調(diào)的作用：1、匹配阻抗，使天線系統(tǒng)(天調(diào)+天線)對(duì)于發(fā)射機(jī)來說是阻抗匹配,

這樣才能讓天線系統(tǒng)中的天線電纜局部輻射效率最高2、諧振天線，按照電磁理論來講天線阻抗Z=R+jX，當(dāng)Ｘ＝０時(shí)視為天線諧振。不自然諧振的天線使用天調(diào)后，天調(diào)通過加感或加容，使得Z=R+jX中Ｘ＝０。3、加天調(diào)后的天線相對(duì)于自然諧振天線的電效率問題，將天線調(diào)諧到相對(duì)于發(fā)射機(jī)來說是阻抗匹配,

靠的是天調(diào)內(nèi)部的LC網(wǎng)絡(luò)，有很大一局部功率在天調(diào)的L、C內(nèi)“吞吐〞，不輻射電磁波。由于L、C不是理想元件，會(huì)消耗一局部能量，因此天線越不自然諧振〔特別是等效輻射電阻偏離50歐越遠(yuǎn)〕，加天調(diào)后的電效率就越低。1.1

天線的作用無(wú)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〔僅僅接收很小很小一局部功率〕，并通過饋線送到無(wú)線電接收機(jī)?？梢姡炀€是發(fā)射和接收電磁波的一個(gè)重要的無(wú)線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無(wú)線電通信。天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場(chǎng)合、不同要求等不同情況下使用。對(duì)于眾多品種的天線，進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸愂潜匾模喊从猛痉诸?，可分為通信天線、電視天線、雷達(dá)天線等；按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等；按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等；等等分類。

*電磁波的輻射導(dǎo)線上有交變電流流動(dòng)時(shí)，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)度和形狀有關(guān)。如圖1.1

a

所示，假設(shè)兩導(dǎo)線的距離很近，電場(chǎng)被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開，如圖1.1

b

所示，電場(chǎng)就散播在周圍空間，因而輻射增強(qiáng)。必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度L

遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)λ

時(shí)，輻射很微弱；導(dǎo)線的長(zhǎng)度L

增大到可與波長(zhǎng)相比較時(shí)，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。(原文件名:1120422351-0.jpg)引用圖片

1.2

對(duì)稱振子對(duì)稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個(gè)半波對(duì)稱振子可簡(jiǎn)單地單獨(dú)立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個(gè)半波對(duì)稱振子組成天線陣。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，稱半波對(duì)稱振子,

見圖1.2a

。另外，還有一種異型半波對(duì)稱振子，可看成是將全波對(duì)稱振子折合成一個(gè)窄長(zhǎng)的矩形框，并把全波對(duì)稱振子的兩個(gè)端點(diǎn)相疊，這個(gè)窄長(zhǎng)的矩形框稱為折合振子，注意，折合振子的長(zhǎng)度也是為二分之一波長(zhǎng)，故稱為半曲折合振子,

見圖1.2

b。(原文件名:1120422351-1.jpg)引用圖片

1.4

天線的極化天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。人們規(guī)定：電場(chǎng)的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下列圖示出了兩種根本的單極化的情況：垂直極化是最常用的；水平極化也是要被用到的。(原文件名:1120422351-2.jpg)引用圖片

1.4.1

雙極化天線下列圖示出了另兩種單極化的情況：+45°極化與-45°極化，它們僅僅在特殊場(chǎng)合下使用。這樣，共有四種單極化了，見下列圖。把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，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。下列圖示出了兩個(gè)單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化天線有兩個(gè)接頭。雙極化天線輻射〔或接收〕兩個(gè)極化在空間相互正交〔垂直〕的波。(原文件名:1120422351-4.jpg)引用圖片

1.4.2

極化損失垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收，而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，接收到的信號(hào)都會(huì)變小，也就是說，發(fā)生極化損失。例如：當(dāng)用+

45°

極化天線接收垂直極化或水平極化波時(shí)，或者，當(dāng)用垂直極化天線接收+45°

極化或-45°極化波時(shí)，等等情況下，都要產(chǎn)生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極化損失只能接收到來波的一半能量。當(dāng)接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時(shí)，例如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來波時(shí)，天線就完全接收不到來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離。

1.4.3

極化隔離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)。例如下列圖所示的雙極化天線中，設(shè)輸入垂直極化天線的功率為10W，結(jié)果在水平極化天線的輸出端測(cè)得的輸出功率為10mW。(原文件名:1120422351-5.jpg)引用圖片

1.5

天線的輸入阻抗Zin

定義：天線輸入端信號(hào)電壓與信號(hào)電流之比，稱為天線的輸入阻抗。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(huì)減少天線從饋線對(duì)信號(hào)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(shí)上，即使是設(shè)計(jì)、調(diào)試得很好的天線，其輸入阻抗中總還含有一個(gè)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(zhǎng)有關(guān)，半波對(duì)稱振子是最重要的根本天線，其輸入阻抗為Zin

=

73.1＋ｊ42.5

(歐)

。當(dāng)把其長(zhǎng)度縮短〔３～５〕％時(shí)，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(shí)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(duì)點(diǎn)頻而言的。順便指出，半曲折合振子的輸入阻抗為半波對(duì)稱振子的四倍，即Zin

=

280(歐)

,〔標(biāo)稱300

歐〕。有趣的是，對(duì)于任一天線，人們總可通過天線阻抗調(diào)試，在要求的工作頻率范圍內(nèi)，使輸入阻抗的虛部很小且實(shí)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。

1.6

天線的工作頻率范圍〔頻帶寬度〕無(wú)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，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(dòng)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(shí)，天線的工作頻率范圍。一般說來，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個(gè)頻率點(diǎn)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。

1.7.1

板狀天線無(wú)論是GSM

還是CDMA，板狀天線是用得最為普遍的一類極為重要的基站天線。這種天線的優(yōu)點(diǎn)是：增益高、扇形區(qū)方向圖好、后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封性能可靠以及使用壽命長(zhǎng)。板狀天線也常常被用作為直放站的用戶天線，根據(jù)作用扇形區(qū)的范圍大小，應(yīng)選擇相應(yīng)的天線型號(hào)。

1.7.1

a

基站板狀天線根本技術(shù)指標(biāo)例如頻率范圍

824-960

MHz

頻帶寬度

70MHz

增益

14

~

17

dBi

極化垂直標(biāo)稱阻抗

50

Ohm

電壓駐波比

≤1.4

前后比

>25dB

下傾角〔可調(diào)〕

3

~

8°

半功率波束寬度水平面60

°

~

120

°

垂直面16

°

~

8

°

垂直面上旁瓣抑制

<

-12

dB

互調(diào)

≤110

dBm

1.7.1

b

板狀天線高增益的形成

A.

采用多個(gè)半波振子排成一個(gè)垂直放置的直線陣(原文件名:111.jpg)引用圖片單個(gè)半波振子垂直面方向圖兩個(gè)半波振子垂直面方向圖四個(gè)半波振子垂直面方向圖增益為

G=

2.15

dBi

增益為

G=

5.15

dBi

增益為

G=

8.15

dBi

(原文件名:222.jpg)引用圖片單個(gè)半波振子兩個(gè)半波振子四個(gè)半波振子

B.

在直線陣的一側(cè)加一塊反射板〔以帶反射板的二半波振子垂直陣為例〕(原文件名:333.jpg)引用圖片兩個(gè)半波振子兩個(gè)半波振子〔帶反射板〕〔帶反射板〕垂直面方向圖水平面方向圖增益為

G=

11

~

14dBi

(原文件名:444.jpg)引用圖片兩個(gè)半波振子〔帶反射板〕兩個(gè)半波振子〔帶反射板〕在垂直面上的配置在水平面上的配置

C.

為提高板狀天線的增益，還可以進(jìn)一步采用八個(gè)半波振子排陣前面已指出，四個(gè)半波振子排成一個(gè)垂直放置的直線陣的增益約為8

dBi；一側(cè)加有一個(gè)反射板的四元式直線陣，即常規(guī)板狀天線，其增益約為14

~

17

dBi。一側(cè)加有一個(gè)反射板的八元式直線陣，即加長(zhǎng)型板狀天線，其增益約為16

~

19

dBi。不言而喻，加長(zhǎng)型板狀天線的長(zhǎng)度，為常規(guī)板狀天線的一倍，達(dá)2.4

m

左右。

1.7.2

高增益柵狀拋物面天線從性能價(jià)格比出發(fā)，人們常常選用柵狀拋物面天線作為直放站施主天線。由于拋物面具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射能力強(qiáng)，直徑為1.5

m

的柵狀拋物面天線，在900

兆頻段，其增益即可達(dá)G

=

20dBi。它特別適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，例如它常常被選用為直放站的施主天線。拋物面采用柵狀結(jié)構(gòu)，一是為了減輕天線的重量，二是為了減少風(fēng)的阻力。拋物面天線一般都能給出不低于30

dB

的前后比，這也正是直放站系統(tǒng)防自激而對(duì)接收天線所提出的必須滿足的技術(shù)指標(biāo)。

1.7.3

八木定向天線八木定向天線，具有增益較高、結(jié)構(gòu)輕巧、架設(shè)方便、價(jià)格廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。因此，它特別適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，例如它是室內(nèi)分布系統(tǒng)的室外接收天線的首選天線類型。八木定向天線的單元數(shù)越多，其增益越高，通常采用6

-

12

單元的八木定向天線，其增益可達(dá)10-15dBi。1.7.4

室內(nèi)吸頂天線室內(nèi)吸頂天線必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)今市場(chǎng)上見到的室內(nèi)吸頂天線，外形花色很多，但其內(nèi)芯的購(gòu)造幾乎都是一樣的。這種吸頂天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶理論的根底上，借助計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能很好地滿足在非常寬的工作頻帶內(nèi)的駐波比要求，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在很寬的頻帶內(nèi)工作的天線其駐波比指標(biāo)為VSWR

≤

2

。當(dāng)然，能到達(dá)VSWR

≤

1.5

更好。順便指出，室內(nèi)吸頂天線屬于低增益天線,

一般為G

=

2

dBi。

1.7.5

室內(nèi)壁掛天線室內(nèi)壁掛天線同樣必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)今市場(chǎng)上見到的室內(nèi)壁掛天線，外形花色很多，但其內(nèi)芯的購(gòu)造幾乎也都是一樣的。這種壁掛天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，屬于空氣介質(zhì)型微帶天線。由于采用了展寬天線頻寬的輔助結(jié)構(gòu)，借助計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能較好地滿足了工作寬頻帶的要求。順便指出，室內(nèi)壁掛天線具有一定的增益，約為G

=

7

dBi。目前GSM

和CDMA

移動(dòng)通信使用的頻段為：

GSM：890

-

960

MHz，

1710

-

1880

MHz

CDMA:

806

-

896

MHz

806

-

960

MHz

頻率范圍屬超短波范圍；1710

~1880

MHz

頻率范圍屬微波范圍。電波的頻率不同，或者說波長(zhǎng)不同，其傳播特點(diǎn)也不完全相同，甚至很不相同。

2.1

自由空間通信距離方程設(shè)發(fā)射功率為PT，發(fā)射天線增益為GT，工作頻率為f

.

接收功率為PR，接收天線增益為GR，收、發(fā)天線間距離為R，那么電波在無(wú)環(huán)境干擾時(shí)，傳播途中的電波損耗L0

有以下表達(dá)式：

L0

(dB)

=

10

Lg

〔

PT

/

PR

〕

=

32.45

+

20

Lg

f

(

MHz

)

+

20

Lg

R

(

km

)

-

GT

(dB)

-

GR

(dB)

[舉例]

設(shè)：PT

=

10

W

=

40dBmw

；GR

=

GT

=

7

(dBi)

；

f

=

1910MHz

問：R

=

500

m

時(shí)，

PR

=

？解答：

(1)

L0

(dB)

的計(jì)算

L0

(dB)

=

32.45

+

20

Lg

1910(

MHz

)

+

20

Lg

0.5

(

km

)

-

GR

(dB)

-

GT

(dB)

=

32.45

+

65.62

-

6

-

7

-

7

=

78.07

(dB)

〔2

〕PR

的計(jì)算

PR

=

PT

/

(

10

7.807

)

=

10

(

W

)

/

(

10

7.807

)

=

1

(

μW

)

/

(

10

0.807

)

=

1

(

μW

)

/

6.412

=

0.156

(

μW

)

=

156

(

mμW

)

順便指出，1.9GHz

電波在穿透一層磚墻時(shí)，大約損失(10~15)

dB

2.2

超短波和微波的傳播視距

2.2.1

極限直視距離超短波特別是微波，頻率很高，波長(zhǎng)很短，它的地外表波衰減很快，因此不能依靠地外表波作較遠(yuǎn)距離的傳播。超短波特別是微波，主要是由空間波來傳播的。簡(jiǎn)單地說，空間波是在空間范圍內(nèi)沿直線方向傳播的波。顯然，由于地球的曲率使空間波傳播存在一個(gè)極限直視距離Rmax

。在最遠(yuǎn)直視距離之內(nèi)的區(qū)域，習(xí)慣上稱為照明區(qū)；極限直視距離Rmax

以外的區(qū)域，那么稱為陰影區(qū)。不言而語(yǔ)，利用超短波、微波進(jìn)行通信時(shí)，接收點(diǎn)應(yīng)落在發(fā)射天線極限直視距離Rmax

內(nèi)。受地球曲率半徑的影響，極限直視距離Rmax

和發(fā)射天線與接收天線的高度HT

與HR

間的關(guān)系為：

Rmax

＝3.57{

√HT

(m)

+√HR

(m)

}

(km)

(原文件名:555.jpg)引用圖片考慮到大氣層對(duì)電波的折射作用，極限直視距離應(yīng)修正為

Rmax

＝

4.12

{

√HT

(m)

+√HR

(m)

}

(km)

由于電磁波的頻率遠(yuǎn)低于光波的頻率，電波傳播的有效直視距離Re

約為極限直視距離Rmax的70%

，即

Re

=

0.7

Rmax

.

例如，HT

與HR

分別為49

m

和1.7

m，那么有效直視距離為Re

=

24

km。

2.3

電波在平面地上的傳播特征由發(fā)射天線直接射到接收點(diǎn)的電波稱為直射波；發(fā)射天線發(fā)出的指向地面的電波，被地面反射而到達(dá)接收點(diǎn)的電波稱為反射波。顯然，接收點(diǎn)的信號(hào)應(yīng)該是直射波和反射波的合成。電波的合成不會(huì)象1

+

1

=

2

那樣簡(jiǎn)單地代數(shù)相加，合成結(jié)果會(huì)隨著直射波和反射波間的波程差的不同而不同。波程差為半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，直射波和反射波信號(hào)相加，合成為最大；波程差為一個(gè)波長(zhǎng)的倍數(shù)時(shí)，直射波和反射波信號(hào)相減，合成為最小?？梢?，地面反射的存在，使得信號(hào)強(qiáng)度的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜。實(shí)際測(cè)量指出：在一定的距離Ri

之內(nèi)，信號(hào)強(qiáng)度隨距離或天線高度的增加都會(huì)作起伏變化；在一定的距離Ri

之外，隨距離的增加或天線高度的減少，信號(hào)強(qiáng)度將。單調(diào)下降。理論計(jì)算給出了這個(gè)Ri

和天線高度HT

與HR

的關(guān)系式：

Ri

=

〔4

HT

HR

〕/

l

，

l

是波長(zhǎng)。不言而喻，Ri

必須小于極限直視距離Rmax。

2.4

電波的多徑傳播在超短波、微波波段，電波在傳播過程中還會(huì)遇到障礙物(例如樓房、高大建筑物或山丘等)對(duì)電波產(chǎn)生反射。因此，到達(dá)接收天線的還有多種反射波〔廣義地說，地面反射波也應(yīng)包括在內(nèi)〕，這種現(xiàn)象叫為多徑傳播。由于多徑傳輸，使得信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜，波動(dòng)很大，有的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng)，有的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)減弱；也由于多徑傳輸?shù)挠绊懀€會(huì)使電波的極化方向發(fā)生變化。另外，不同的障礙物對(duì)電波的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對(duì)超短波、微波的反射能力比磚墻強(qiáng)。我們應(yīng)盡量克服多徑傳輸效應(yīng)的負(fù)面影響，這也正是在通信質(zhì)量要求較高的通信網(wǎng)中，人們常常采用空間分集技術(shù)或極化分集技術(shù)的緣由。2.5

電波的繞射傳播在傳播途徑中遇到大障礙物時(shí)，電波會(huì)繞過障礙物向前傳播，這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波、微波的頻率較高，波長(zhǎng)短，繞射能力弱，在高大建筑物后面信號(hào)強(qiáng)度小，形成所謂的“陰影區(qū)〞。信號(hào)質(zhì)量受到影響的程度，不僅和建筑物的高度有關(guān)，和接收天線與建筑物之間的距離有關(guān)，還和頻率有關(guān)。例如有一個(gè)建筑物，其高度為10

米，在建筑物后面距離200

米處，接收的信號(hào)質(zhì)量幾乎不受影響，但在100

米處，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無(wú)建筑物時(shí)明顯減弱。注意，誠(chéng)如上面所說過的那樣，減弱程度還與信號(hào)頻率有關(guān)，對(duì)于216

～

223

兆赫的射頻信號(hào)，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無(wú)建筑物時(shí)低16dB，對(duì)于670

兆赫的射頻信號(hào)，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無(wú)建筑物時(shí)低20dB

.如果建筑物高度增加到50

米時(shí)，那么在距建筑物1000

米以內(nèi)，接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)都將受到影響而減弱。也就是說，頻率越高、建筑物越高、接收天線與建筑物越近，信號(hào)強(qiáng)度與通信質(zhì)量受影響程度越大；相反，頻率越低，建筑物越矮、接收天線與建筑物越遠(yuǎn)，影響越小。因此，選擇基站場(chǎng)地以及架設(shè)天線時(shí)，一定要考慮到繞射傳播可能產(chǎn)生的各種不利影響，注意到對(duì)繞射傳播起影響的各種因素。連接天線和發(fā)射機(jī)輸出端〔或接收機(jī)輸入端〕的電纜稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務(wù)是有效地傳輸信號(hào)能量，因此，它應(yīng)能將發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)功率以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端，或?qū)⑻炀€接收到的信號(hào)以最小的損耗傳送到接收機(jī)輸入端，同時(shí)它本身不應(yīng)拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號(hào)，這樣，就要求傳輸線必須屏蔽。順便指出，當(dāng)傳輸線的物理長(zhǎng)度等于或大于所傳送信號(hào)的波長(zhǎng)時(shí)，傳輸線又叫做長(zhǎng)線。

3.1

傳輸線的種類超短波段的傳輸線一般有兩種：平行雙線傳輸線和同軸電纜傳輸線；微波波段的傳輸線有同軸電纜傳輸線、波導(dǎo)和微帶。平行雙線傳輸線由兩根平行的導(dǎo)線組成它是對(duì)稱式或平衡式的傳輸線，這種饋線損耗大，不能用于UHF

頻段。同軸電纜傳輸線的兩根導(dǎo)線分別為芯線和屏蔽銅網(wǎng)，因銅網(wǎng)接地，兩根導(dǎo)體對(duì)地不對(duì)稱，因此叫做不對(duì)稱式或不平衡式傳輸線。同軸電纜工作頻率范圍寬，損耗小，對(duì)靜電耦合有一定的屏蔽作用，但對(duì)磁場(chǎng)的干擾卻無(wú)能為力。使用時(shí)切忌與有強(qiáng)電流的線路并行走向，也不能靠近低頻信號(hào)線路。

3.2

傳輸線的特性阻抗無(wú)限長(zhǎng)傳輸線上各處的電壓與電流的比值定義為傳輸線的特性阻抗，用Ｚ0

表示。同軸電纜的特性阻抗的計(jì)算公式為Ｚ。＝〔60/√εr〕×Log

(

D/d

)

[

歐]。式中，D

為同軸電纜外導(dǎo)體銅網(wǎng)內(nèi)徑；

d

為同軸電纜芯線外徑；

εr

為導(dǎo)體間絕緣介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。通常Ｚ0

=

50

歐，也有Ｚ0

=

75

歐的。由上式不難看出，饋線特性阻抗只與導(dǎo)體直徑D

和d

以及導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)εr

有關(guān)，而與饋線長(zhǎng)短、工作頻率以及饋線終端所接負(fù)載阻抗無(wú)關(guān)。

3.3

饋線的衰減系數(shù)信號(hào)在饋線里傳輸，除有導(dǎo)體的電阻性損耗外，還有絕緣材料的介質(zhì)損耗。這兩種損耗隨饋線長(zhǎng)度的增加和工作頻率的提高而增加。因此，應(yīng)合理布局盡量縮短饋線長(zhǎng)度。單位長(zhǎng)度產(chǎn)生的損耗的大小用衰減系數(shù)β

表示，其單位為dB

/

m〔分貝／米〕，電纜技術(shù)說明書上的單位大都用dB

/

100

m〔分貝／百米〕

.

設(shè)輸入到饋線的功率為Ｐ1

，從長(zhǎng)度為L(zhǎng)〔

m

〕的饋線輸出的功率為Ｐ2

，傳輸損耗TL

可表示為：

TL

＝

10

×

Lg

(

Ｐ1

/Ｐ2

)

(

dB

)

衰減系數(shù)為β

＝

TL/

L

(

dB

/

m

)

例如，

NOKIA

7

/

8

英寸低耗電纜，

900MHz

時(shí)衰減系數(shù)為β＝

4.1

dB

/

100

m

，也可寫成β＝3

dB

/

73

m

，也就是說，頻率為900MHz

的信號(hào)功率，每經(jīng)過73

m

長(zhǎng)的這種電纜時(shí)，功率要少一半。而普通的非低耗電纜，例如，

SYV-9-50-1，

900MHz

時(shí)衰減系數(shù)為β

＝

20.1

dB

/

100

m，也可寫成β＝3

dB

/

15

m

，也就是說，頻率為900MHz

的信號(hào)功率，每經(jīng)過15

m

長(zhǎng)的這種電纜時(shí)，功率就要少一半！

3.4

匹配概念什么叫匹配？簡(jiǎn)單地說，饋線終端所接負(fù)載阻抗ＺL

等于饋線特性阻抗Ｚ0

時(shí)，稱為饋線終端是匹配連接的。匹配時(shí)，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(shí)，匹配能保證天線取得全部信號(hào)功率。如下列圖所示，當(dāng)天線阻抗為50歐時(shí)，與50

歐的電纜是匹配的，而當(dāng)天線阻抗為80

歐時(shí)，與50

歐的電纜是不匹配的。(原文件名:666.jpg)引用圖片如果天線振子直徑較粗，天線輸入阻抗隨頻率的變化較小，容易和饋線保持匹配，這時(shí)天線的工作頻率范圍就較寬。反之，那么較窄。在實(shí)際工作中，天線的輸入阻抗還會(huì)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(shí)還需要通過測(cè)量，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整天線的局部結(jié)構(gòu)，或加裝匹配裝置。

3.5

反射損耗前面已指出，當(dāng)饋線和天線匹配時(shí)，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(jìn)的波。這時(shí)，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(diǎn)的阻抗都等于它的特性阻抗。而當(dāng)天線和饋線不