天线种类、天线测试方法总结.docx

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1、天线种类、天线测试方法总结目录1.天线的基本原理1?天线的主要参数及概念2?增益2?方向图2?波束宽度/波瓣3?多波束4?天线的极化(PoIariZatiOn)4?常用天线的分类5?鞭状天线6?板状天线6?吸顶天线6?八木天线/对数周期天线6?抛物面天线7?平面天线7?喇叭天线9?天线测量10?远场测量10?近场测量11?天线种类12?天线的发明历程12?天线的测试13?测试参数的定义13?天线的测试方法141.天线的基本原理天线的基本原理就是高频电流在其周围产生变化的电场和磁场，根据麦克斯韦电磁场理论，”变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场”，这样不断激发下去，就实现了无线信号的传播。畴爱

2、冕流增益天线是无源器件，这里的增益是指指天线在某辐射方向的天线辐射方向图强度与参考天线的强度之比，i般用对数表示。如果参考天线为全向天线，单位为dBi,偶极子天线的增益为2.14dBi0由于理想的全向天线无法实现（偶极子天线H面方向性为一圆），偶极子天线（半波长，单振子长度为1/4波长）也常用来做参考天线，此时增益单位为dBd。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择天线重要的参数之一。方向图辐射方向图是天线发射或接收场强度的图形描述，是表示增益的三维图。由于天线向三维空间辐射，需要数个图形来描述。-般天线辐射相对某轴对称（如双极子天线、螺旋天线和某些抛物面天线），通常只考

3、虑辐射方向图的水平和垂直二维截面，则只需一张方向图。上图左边为常规偶极子天线，中心馈电，经过仿真（右图）可以看出：从天线顶部看辐射场为圆形，能量向垂直于天线轴方向辐射，采用一张方向图表示如波束宽度/波瓣在功率方向图的中，最大的功率辐射方向对应的成为主瓣(mainIobe),把相对最大值辐射方向功率下降到一半处或小于最大值3dB的两点之间的波束宽度夹角称为半功率波瓣宽度。同样的，根据需要可以定义6dB波束宽度，12dB波束宽度。天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。高增益天线辐射方向图常伴有“副瓣”(sideIObe)及后瓣(back1obe)副瓣是指增益中除主瓣(增益最高“波束”)外

4、的波束。副瓣在如雷达等系统需要判定信号方向的时候，会影响天线质量，由于功率分配副瓣还会使主瓣增益降低。多波束上面的天线方向图只有一个主波束，多波束利用多个天线形成不同的波束指向（雷达应用）或覆盖更宽的范围（通信应用），一般通过移相器调整每个天线的相位实现。(8ppmEV-30-35-AO-80-60-40-20020406080Ang1e()知乎电微谶天线的极化(Po1ariZation)极化是电磁波不同的传输方式：一般有线极化Qk平、垂直）和圆极化（左旋、右旋卜椭圆极化等。大多数雷达系统都是单极化的。这是因为发射器和接收器是在同一个天线上工作的，所以不管极化是什么，都会强烈地回来。与传输的偏

5、振相同的偏振称为“共极化”，相反的偏振称为“交叉极化”。线极化的电磁波可以通过一个90。极化器分解成两个正交的波，这样合成的传输矢量就沿传输轴旋转变成了圆极化的传输，左旋还是右旋取决于两个正交波的相移是+90还是90。在通常情况下，可根据应用要求，选择天线极化方式。不同应用可从不同的极化方式获得更佳效果。例如，由于垂直极化电磁波比水平极化电磁波更加易于穿过起伏不平的地貌，因此垂直极化天线在陆地移动通信用途中具有更佳表现，而水平极化方式在仰赖电离层且通常为长距离通信的用途中表现更好。此外，由于圆极化通常可更佳地缓解卫星定向偏移导致的衰弱，因此圆极化常用于卫星通信。?.常用天线的分类天线的分类方法

6、有不少，可以按工作波长分（频率的高低），结构形式分（线天线、面天线），应用场合分（手持、车载、机载、固定站）。?.1.鞭状天线一般工作不高，在U/V波段，有许多变形形式，如棒状天线、弹簧天线等,汽车、无线WIFI、对讲机等经常使用的一种全向天线，增益不高，一般在IOdBi以内，也可以通过多个组阵（小灵通棒状天线）实现更高的性能指标。?.2.板状天线移动通信基站使用最多的天线，这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能可靠以及使用寿命长。?.3.吸顶天线一般用于室内无线覆盖场景，根据其不同的辐射形式，可以分为定向吸顶天线和全向吸顶天线，全向吸顶天线又可分

7、为单极化吸顶与双极化吸顶两种。?.4.八木天线/对数周期天线八木天线主要用于链路传输和中继器，具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。天线的单元数越多，其增益越高，通常采用6-12单元的八木定向天线，其增益可达10-15dBio老的电视接收天线就使用的是八木天线。对数周期天线与八木天线相似，通过调整各辐射单元的频率，具有宽频带覆盖能力，主要用于链路中继、无线电测向。?.5.抛物面天线专门用于长距离通讯的高方向性天线，有极窄的波束宽度与很高的增益值,也可称为高增益指向性天线。也有各种变形，包括前馈的抛物面，后馈的卡塞格伦天线，减重低频使用的栅格天线等。这种天线通常用于点对点的通讯连接,

8、天线彼此之间必须很精准的瞄准，而且天线之间的直视(1ightofSight)必须没有任何阻碍物。我们见到的抛物面天线有大有小，小的如家用的“锅盖”，大的如卫星接收站直径达十几米的“大锅盖”，这个大小称之为口径，口径越大，天线增益越高。?.6.平面天线PCB天线：PCB天线是最常见的平面天线，既可以是小片或小环，可以是螺旋形或线形。它们的BOM成本可以忽略不计，只需要占用PCB空间，成本低廉，不需单独组装天线，不易触碰损坏，整机组装方便，但有代价一牺牲性能。介质陶瓷天线：由于天线的尺寸与工作的波长相关，因此，PCB天线其中一个缺点就是如果需要有较好的性能，尺寸就会增大，介质陶瓷天线较好的解决了这

9、个问题，介质陶瓷的介电常数很高，占用尺寸空间小，典型的应用就是GPS和蓝牙天线。共形天线：平面天线还有个显著的优点：如果使用柔性印制板，可以使得天线与物体表面紧贴，甚至在物体表面上制造天线，由此，产生了共形天线，飞机、导弹等表面都可以使用；结合激光雕刻技术，可以在手机壳上做共形天线（FPC天线、1DS天线A.KXC14Kpttefn?.7.喇叭天线喇叭天线是一种微波天线，属于面天线。波导管终端渐变张开的圆形或矩形截面的微波天线，它的优点是结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便。如果合理选择喇叭尺寸，可以取得良好的辐射特性。喇叭天线的细分类别很多，有标准增益喇叭、圆锥喇叭、角锥喇叭、双脊喇

10、叭、透镜喇叭、波纹喇叭等等。?.天线测量天线测量，最常用的就是各种天线暗室，实际上，天线测量是个非常专业的事，需要用到场强仪、功率计、网络分析仪、标准天线等各种设备，测量天线的方向图(RadiationPattern)、定向性(DireCtiVity)、增益(Gain)、极化特性(POIariZation)等。天线测量分为远场测量和近场测量。远场(Farfe1d)测量又称为直接法，所得到的远场数据不需要计算和后处理就是方向图。但是它往往需要很长的距离才能测试天线的特性，所以大多数的远场方法都在室外测试场地进行。室外场又分高架场和斜架场，统称为自由空间测试场，主要缺点是容易受外界的干扰和场地反射

11、的影响。远场方法如果在暗室里进行就称为室内场。因为所需空间很大，室内场往往成本高。紧缩场(COmPaCt)在分类上是属于远场测试场，但是它不用很大的测试场,而是用一个抛物面天线和馈源，馈源放在抛物面天线的焦点区域，经过抛物面反射的波是平面波。这样被测天线就在平面波区域。紧缩场设备的加工精度要求很高，改变工作频段需要更换馈源，费用较大。?.2,近场测量近场(Near-fie1d)测量技术就是在天线的近场区的某一表面上采用一个特性己知的探头来取样场的幅度和相位特性，通过严格的数学变换而求得天线的远场辐射特性的技术。根据取样表面的形状，近场测试场分为3种，即平面测试场、柱面测试场和球面测试场。近场测

12、量技术的主要优点是：所需要的场地小，可以在微波暗室内进行高精度的测量，免去了建造大型微波暗室的困难。测量受周围环境的影响极小，保证全天候都能顺利进行。测量的信息量大，通过探针移动或被测对象移动，在近场区的某一表面的取样可以精确地得出天线任意方向的远场幅度相位和极化特性。缺点是近场扫描技术中相位信息测量难度较大，对机械系统，测量间距，取样点数，滤波等需要计算机仿真优化，以尽可能的减小测量误差。?.天线种类分类方法天线种类按用途通信天线、广播天线、雷达天线、导航天线、测向天线等按工作频段长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等按方向性全向天线、弱方向性天线和锐方向性天线等按极化特性线极

13、化天线、圆极化天线、椭圆极化天线等按波束控制固定波束天线、电调天线、相控天线、智能天线等按基本结构线天线、面天线、缝隙天线、微带天线等按电尺寸电小天线(尺寸远小于波长)、电大天线(尺寸波长可比拟)发射天线：把高频电流转化为在预定方向辐射的空间电磁波。接收天线：把空间的特定电磁波转化为导行电磁波(高频电流)。发射和接收也可在同一个天线来实现。基站用双工器来实现同一天线的发射和接收，手机是用开关来实现同一天线的发射和接收。?.天线的发明历程1864年麦克斯韦(MaXWen)提出了著名的电磁场方程组,预示了电磁波的存在。1865年，赫兹(HertZ)采用电火花间隙发射机和环形天线，验证了电磁波的存在

14、。1895年，马可尼(GMarConi)成功地进行了2.5公里的电报传送实验。1896年，波波夫(A.Popov)进行了约250米的类似试验。1901年，跨院大西洋3200公里的试验成功，开始了电磁波信息传输的时代，也使天线走向商用。?.天线的测试天线的测试分为无源测试(PaSSiVe)和有源(active)测试两种。从天线的辐射性能进行判定，定义为普通的天线的测试，也就是无源测试。无源测试的主要参数有：S参数、回波损耗(RetUrn1Oss)、方向图系数(Directivity)、增益(Gain)、效率(EffiCiency)、方向图等。在指定的微波暗室，对天线的整体的辐射功率和接收灵敏度的

15、测试，为有源测试。有源测试的主要参数有：总辐射功率(TRP)、总接收灵敏度CnS)、相对参考信道的接收灵敏度(RS)、灵敏度扫描(SS)、等效全向辐射功率(EIRP)、等效全向接收灵敏度(EIS)。?.测试参数的定义Gain(dBi)：在相同的输入功率下，天线在空间某点的辐射功率与理想的无方向性点源天线在同一点的功率的比值，此时增益单位为dBioGain(dBd)：在相同的输入功率下，天线在空间某点的辐射功率与理想的半波偶极子天线在最大辐射方向上功率的比值，该增益单位为dBdoDirectivity：在相同的辐射功率下，天线在空间某点产生的功率与理想的无方向性点源天线在同一点产生的功率的比值。Efficiency：天线辐射功率和天线输入功率的比值。EIRP(effectiveisotropicradiatedpower)：等效全向辐射功率，指天线得到的功率与天线的增益(dBi)的