《天線設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課件

天線設(shè)計(jì)基礎(chǔ)歡迎來(lái)到天線設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程。本課程將帶您深入了解天線的工作原理、性能參數(shù)和各種常見(jiàn)天線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。讓我們一起探索這個(gè)fascinating的無(wú)線通信世界！課程目標(biāo)1掌握天線基本原理理解天線的工作機(jī)制和關(guān)鍵概念。2熟悉天線性能參數(shù)學(xué)習(xí)評(píng)估和優(yōu)化天線性能的關(guān)鍵指標(biāo)。3了解常見(jiàn)天線結(jié)構(gòu)探索各種天線類(lèi)型及其應(yīng)用場(chǎng)景。4掌握天線設(shè)計(jì)方法學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)和優(yōu)化不同類(lèi)型天線的技巧。什么是天線定義天線是一種將電磁波在導(dǎo)向媒質(zhì)與自由空間之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的裝置。功能發(fā)射模式：將電能轉(zhuǎn)換為電磁波輻射到空間。接收模式：捕獲空間電磁波并轉(zhuǎn)換為電能。天線基本工作原理電流振蕩交變電流在天線導(dǎo)體中產(chǎn)生振蕩。電磁場(chǎng)產(chǎn)生振蕩電流在天線周?chē)a(chǎn)生變化的電磁場(chǎng)。電磁波輻射電磁場(chǎng)以電磁波形式向外傳播。信息傳遞電磁波攜帶信息在空間傳播。天線的輻射模式定義天線在空間各個(gè)方向上輻射能量的分布特性。表現(xiàn)形式通常用三維立體圖或二維剖面圖表示。主瓣輻射最強(qiáng)的方向，決定天線的主要工作方向。副瓣次要輻射方向，通常希望盡量減小。天線的指向性概念天線將能量集中在特定方向上輻射的能力。度量通常用方向性系數(shù)或半功率波束寬度表示。應(yīng)用高指向性天線用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，低指向性用于廣播。天線的增益1增益定義天線在特定方向上的輻射強(qiáng)度與理想全向天線的比值。2單位通常用dBi（相對(duì)于全向天線）或dBd（相對(duì)于半波偶極子）表示。3影響因素天線的指向性和效率共同決定增益。4應(yīng)用考慮高增益天線適用于遠(yuǎn)距離通信，但覆蓋范圍較窄。天線的極化定義電磁波電場(chǎng)矢量隨時(shí)間變化的軌跡特性。主要類(lèi)型線性極化（水平或垂直）圓極化（左旋或右旋）橢圓極化天線的阻抗復(fù)阻抗天線輸入端的電阻和電抗組成，影響能量傳輸效率。匹配重要性阻抗匹配可最大化功率傳輸，減少反射損耗。常見(jiàn)值許多天線設(shè)計(jì)為50Ω或75Ω，與標(biāo)準(zhǔn)傳輸線匹配。調(diào)節(jié)方法通過(guò)調(diào)整天線結(jié)構(gòu)或使用匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。天線的駐波比1定義反映天線與傳輸線阻抗匹配程度的參數(shù)。2計(jì)算最大電壓與最小電壓之比，理想值為1。3實(shí)際應(yīng)用通常VSWR小于2認(rèn)為是可接受的。4影響高VSWR會(huì)導(dǎo)致信號(hào)反射，降低系統(tǒng)效率。天線的損耗導(dǎo)體損耗由天線材料的電阻引起的能量損失。介質(zhì)損耗天線周?chē)橘|(zhì)吸收能量造成的損失。輻射損耗有效輻射的能量，是天線的目標(biāo)輸出。天線的帶寬定義天線保持良好性能的頻率范圍。表示方法通常用中心頻率的百分比或絕對(duì)頻率范圍表示。影響因素天線尺寸、結(jié)構(gòu)和材料都會(huì)影響帶寬。應(yīng)用考慮寬帶天線適用于多頻段或高數(shù)據(jù)率通信。常見(jiàn)天線結(jié)構(gòu)二極管天線結(jié)構(gòu)由兩個(gè)相等長(zhǎng)度的導(dǎo)體組成，中間有一個(gè)饋電點(diǎn)。特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制作全向性輻射模式適用于廣播和移動(dòng)通信半波二極管天線0.5λ總長(zhǎng)度天線總長(zhǎng)度約為工作波長(zhǎng)的一半。73Ω輸入阻抗理想狀態(tài)下的輸入阻抗，易于匹配。2.15dBi增益在自由空間中的理論增益值。膝彎半波二極管天線結(jié)構(gòu)修改將直線二極管天線兩端向下彎曲。尺寸減小可減小天線的整體長(zhǎng)度，適應(yīng)空間限制。性能調(diào)整通過(guò)彎曲角度調(diào)整阻抗和輻射特性。折半二極管天線設(shè)計(jì)原理將半波二極管對(duì)折，形成緊湊結(jié)構(gòu)。優(yōu)勢(shì)尺寸減小約50%保持類(lèi)似的輻射特性適用于空間受限場(chǎng)景漏泄電纜天線結(jié)構(gòu)特殊同軸電纜，外導(dǎo)體有周期性開(kāi)槽。工作原理通過(guò)開(kāi)槽實(shí)現(xiàn)電磁波的連續(xù)輻射或接收。應(yīng)用隧道、地鐵等封閉空間的無(wú)線覆蓋。微帶天線1頂層輻射貼片通常為金屬材料，決定天線的輻射特性。2介質(zhì)基板影響天線的頻率特性和尺寸。3底層接地平面提供電磁屏蔽和反射。4饋電結(jié)構(gòu)可采用微帶線、探針或縫隙耦合等方式。各向同性天線定義在所有方向上輻射強(qiáng)度相等的理想天線?，F(xiàn)實(shí)性實(shí)際中不存在，但作為理論參考和性能比較基準(zhǔn)。應(yīng)用用于定義天線增益單位dBi和計(jì)算無(wú)線鏈路預(yù)算。近似實(shí)現(xiàn)某些天線設(shè)計(jì)可在特定平面內(nèi)接近各向同性特性。單極天線結(jié)構(gòu)由一個(gè)垂直輻射元件和一個(gè)接地平面組成。特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝垂直極化在水平面內(nèi)全向輻射二極管天線設(shè)計(jì)1確定頻率選擇工作頻率和帶寬要求。2計(jì)算長(zhǎng)度根據(jù)波長(zhǎng)計(jì)算天線總長(zhǎng)度和每個(gè)臂的長(zhǎng)度。3選擇材料考慮導(dǎo)電性、重量和環(huán)境因素選擇合適材料。4饋電設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)匹配網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。兩極天線設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定兩個(gè)極的長(zhǎng)度和間距。饋電方式選擇合適的饋電點(diǎn)和方法。阻抗匹配設(shè)計(jì)匹配網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化能量傳輸。性能仿真使用電磁仿真軟件驗(yàn)證設(shè)計(jì)。半波二極管天線設(shè)計(jì)0.95長(zhǎng)度系數(shù)實(shí)際長(zhǎng)度通常為理論長(zhǎng)度的95%。2臂數(shù)量?jī)蓚€(gè)相等長(zhǎng)度的導(dǎo)體臂。50Ω阻抗匹配通常設(shè)計(jì)為與50Ω?jìng)鬏斁€匹配。四元對(duì)稱(chēng)二極管天線設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)布局四個(gè)二極管呈90度角排列。極化特性可實(shí)現(xiàn)圓極化或雙極化。增益提升相比單個(gè)二極管有更高增益。折半二極管天線設(shè)計(jì)1確定頻率選擇目標(biāo)工作頻率。2計(jì)算總長(zhǎng)約為半波長(zhǎng)的95%。3折疊設(shè)計(jì)決定折疊形狀和間距。4阻抗調(diào)整通過(guò)折疊結(jié)構(gòu)微調(diào)輸入阻抗。漏泄電纜天線設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)電纜類(lèi)型選擇開(kāi)槽間距和形狀工作頻率范圍設(shè)計(jì)考慮需平衡傳輸損耗和輻射效率。開(kāi)槽設(shè)計(jì)影響輻射特性和頻帶寬度。微帶天線設(shè)計(jì)1確定基板材料選擇合適的介電常數(shù)和厚度。2計(jì)算貼片尺寸根據(jù)工作頻率確定長(zhǎng)寬。3設(shè)計(jì)饋電結(jié)構(gòu)選擇合適的饋電方式和位置。4仿真優(yōu)化通過(guò)電磁仿真軟件優(yōu)化性能。各向同性天線設(shè)計(jì)理論限制完美各向同性天線在實(shí)際中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。近似方法使用特殊結(jié)構(gòu)如螺旋或多元陣列來(lái)接近各向同性特性。性能權(quán)衡通常需要在方向性和帶寬之間進(jìn)行折衷。應(yīng)用場(chǎng)景適用于需要全方位覆蓋的移動(dòng)通信和衛(wèi)星系統(tǒng)。單極天線設(shè)計(jì)1長(zhǎng)度計(jì)算通常為四分之一波長(zhǎng)。2接地平面設(shè)計(jì)足