天线的基础知识课件

天线的基础知识天线的基础知识1概念辨析：概念辨析：dBm,dBi,dBd,dB,dBcv1、dBm vdBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：10lgP（功率值/1mw）。v例1 如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。v例2 对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：v10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。概念辨析：dBm,dBi,dBd,dB,dBc1、2vdBi和dBd是考征增益的值（功率增益），两者都是一个相对值，但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子，所以两者略有不同。一般认为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出 来要大2.15。v例3 对于一面增益为16dBd的天线，其增益折算成单位为dBi时，则为18.15dBi（一般忽略小数位，为18dBi）。v例4 0dBd=2.15dBi。v例5 GSM900天线增益可以为13dBd（15dBi），GSM1800天线增益可以为 15dBd（17dBi)。2、dBi 和dBd2、dBi 和dBd3vdB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10lg（甲功率/乙功率）v例6 甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就是说，甲的功率比乙的功率大3 dB。v例7 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。v例8 如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，则可以说，甲比乙大6 dB。v例9 如果甲天线为12dBd，乙天线为14dBd，可以说甲比乙小2 dB。3、dB dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多44、dBc v有时也会看到dBc，它也是一个表示功率相对值的单位，与dB的计算方法完全一样。一般来说，dBc 是相对于载波（Carrier）功率而言，在许多情况下，用来度量与 载波功率的相对值，如用来度量干扰（同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等）v以及耦合、杂散等的相对量值。在采用dBc的地方，原则上也可以使用dB替代。4、dBc 有时也会看到dBc，它也是一个表示功率相对值的单5v频率范围频率范围v天线适用的最高及最小频率。v增益增益v增益是用来表示天线集中辐射的程度。天线在某一方向的增益定义为：在相同的输入功率下，天线在某一方向某一位置产生的电场强度的平方（E2）与无耗理想点源天线在同一方向同一位置产生的电场强度的平方（E02）的比值，通常以G表示。vG=E2/E02（同一输入功率）同样，增益也可以这样来确定：在某一方向向某一位置产生相同电场强度的条件下，无耗理想点源天线的输入功率（Pino）与天线的输入功率（Pin）的比值，即称为该天线在该点方向的增益。频率范围6vG=Pino/Pin（同一电场强度）v通常是以天线在最大辐射方向的增益作为这一天线的增益。增益通常用分贝表示。即：G=101gPino/Pin天线增益的计算：G=4S/2=（/）2D2式中，S-天线口径面积（平方米）；-工作波长（米）；D-抛物面口径（即面口直径）（米）；-天线效率。G=Pino/Pin（同一电场强度）7方向图方向图v如果反天线在各方向辐射击的强度用从原点出发的矢量长短来表示，则连接全部矢量端点所形成的包络就是天线的方向图。它显示出天线的在不同方向辐射的相对大小，这种方向图称为立体方向图。矢径的方向代表辐射的方向，矢径的长短代表辐射击的强度。方向图包含有许多波瓣，其中包含最大辐射方向的波瓣称为主瓣。其它依次称为第一副瓣，第二副瓣等。方向图如果反天线在各方向辐射击的强度用从原点出发的矢量长短来8主瓣宽度主瓣宽度v定义为在方向图上增益相对于最高增益下降3分贝的宽度，单位为度（弧度）。主瓣宽度定义为在方向图上增益相对于最高增益下降3分贝的宽度9副瓣电平副瓣电平v副瓣的最大值相对主瓣最大值的比，称为副瓣电平，一般用分贝来表示，其定义为：v101g（副瓣最大值功率/主瓣最大值功率）v如：副瓣最大值与主瓣最大值相应功率之比为0.01,则副瓣电平为-20dB。副瓣电平副瓣的最大值相对主瓣最大值的比，称为副瓣电平，一般用10天线噪声温度天线噪声温度v进入天线的噪声主要来银河系的宇宙噪声和来自大地、大气的热噪声。不同口径的天线、不同频段、不同仰角和不同环境，天线的噪声都不相同。在C波段，宇宙噪声很小，主要是大地和大气的热噪声。在Ku波段，这些噪声也随着频率而增加。同一仰角时，天线尺寸越大波束越窄，因此天线的噪声温度TA（K）越小，不 过随着仰角加大，这种差别变小。而同一天线尺寸时，天线仰角越大，天线的噪声温度TA（K）越低，反之越小，TA越高。这是因为仰角越小，信号穿过大气层厚度越大，从而气象噪声、大气噪声越强。天线噪声温度进入天线的噪声主要来银河系的宇宙噪声和来自大地、11电压驻波比电压驻波比&回波损耗回波损耗v电压驻波比用来表述端口的匹配性能的。同一性能还可用回波损耗来表述。这两个指标定义如下，v电压驻波比：vVSWR=(1+|r|)/(1-|r|)r：为发射系数=ZL-Z0/ZL+Z0 ZL为输入阻抗，Z0为理想阻抗v回波损耗：vRL=10log(入射功率/反射功率)电压驻波比&回波损耗电压驻波比用来表述端口的匹配性能的。同一12效率（效率（）v输入到天线的射频功率，由于天线系统中的热损耗、介质损耗、感应损耗（悬挂天线的设备及大地的感应损耗）而消耗一部分，因此不能全部变为电磁波辐射出去。天线效率表示天线是否有效的转换能量，是天线重要参数之一，发射天线的效率是指真正射出去的功率Pr 与输入到天线的总功率Pin（辐射功率Pr与天线损耗功率Ps的和）之比，即：v=Pr/Pin=Pr/（Pr+Ps）v上式还可以用天线输入端的辐射电阻Rro和损耗电阻Rs表示。即：v=IRro/（IRro+IRS）=Rro/（Rro+RS）v可见，要提高天线辐射效率，应设法提高辐射电阻，尽可能降低损耗电阻。从上面算式中很明显的看出，天线效率总是小于1。效率（）输入到天线的射频功率，由于天线系统中的热损耗、介质13功率容量功率容量v天线发射所能承受的最大射频功率，单位：瓦 W功率容量天线发射所能承受的最大射频功率，单位：瓦 W14极化方式极化方式v电磁波的极化形式可分为线极化波和圆极化波，线极化波又可分为水平极化和垂直极化波，圆极化波根据电场旋转方向不同又可分为左旋和右旋圆极化波。极化方式电磁波的极化形式可分为线极化波和圆极化波，线极化波又15输入特性阻抗输入特性阻抗v天线输入端的特性阻抗，单位：欧姆，输入特性阻抗天线输入端的特性阻抗，单位：欧姆，16轴向交叉极化隔离轴向交叉极化隔离v不同极化的接收隔离，单位：分贝，dB轴向交叉极化隔离不同极化的接收隔离，单位：分贝，dB17什么是二次谐波什么是二次谐波v谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(MFourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波可以I区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为lOOHz，3次谐波则是150Hz。什么是二次谐波谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流18频谱分析仪的频谱分析仪的RBW&VBWv底噪：-130-140dBm，要保证看得到杂散不被频谱仪的底噪所淹没，又要保证频谱仪里面最前面的mixer不会带来新的杂散成分。v RBW是分辨率带宽，VBW是视频带宽的意思。通过调整其参数可使你更清晰地读取频谱的各项指标。当你测GSM信号时,设RBW为300KHZ,VBW为10KHZ.测CDMA时RBW为30KHZ,VBW为100HZ.频率带宽设为2MHZ.RBW和VBW都会影响读数，当然RBW影响比较大。比如RBW为100kHz，那么读出来的值就是以marker处的频率为中点，左右50k带宽内的总共率。VBW设置的小可以把噪声平均消除掉。RBW和VBW如何设置，取决于你的测试测量目的。VBW的意思是视频带宽，指检波器 后视频滤波器的带宽，用来平滑检波包络。频谱分析仪的RBW&VBW底噪：-130-140dBm19分辨带宽 v通常的原则是：测量接收机分辨带宽（末级中频滤波器的3dB带宽）应等于参考带宽。但为了提高测量的精确性、灵敏度和效率，分辨带宽可以不同于参考带宽。例如，在测量靠近中心频率的发射分量时，有时就需要采用较窄的分辨带宽。当分辨带宽小于参考带宽时，测量结果应为参考带宽内各分量的总和（其和应为功率求和，除非特别要求杂散信号按照电压求和或是按介值法判别）。当分辨带宽大于参考带宽时，宽带杂散发射的测量结果应按带宽比例进行归一化。但对于离散（窄带）杂散产物，不能采用归一化。分辨带宽的修正因子需由测试接收机的实际分辨带宽（如：-6dB分辨带宽）和被测杂散发射信号特征而定（如：脉冲信号或高斯噪声）。分辨带宽 通常的原则是：测量接收机分辨带宽（末级中频滤波器的20视频带宽 v视频带宽至少与分辨带宽相同，最好为分辨带宽的3至5倍。视频带宽（VBW）反映的是测量接收机中位于包络检波器和模数转换器之间的视频放大器的带宽。改变VBW的设置，可以减小噪声峰-峰值的变化量，提高较低信噪比信号测量的分辨率和复现率，易于发现隐藏在噪声中的小信号。视频带宽 视频带宽至少与分辨带宽相同，最好为分辨带宽的3至521