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在媒质中的传播速度为:
V=C/式中ε为传播媒质的相对介电常数。
(ε)1/2,式中ε为传播媒质的相对介电常数。
无线电波类似一个无线电波类似一个池塘上的波纹,池塘上的波纹,在传播时波会减弱。
播时波会减弱。
电磁波的传播
振子磁场电场电场电波传磁场电场
无线电波的波长、频率和传播速度的关系:
=V/表示。
在公式中,V为速度,,V为速度可用式λ=V/f表示。
在公式中,V为速度,单位为米/为频率,单位为赫兹;
为波长,单位为米/秒;
f为频率,单位为赫兹;
λ为波长,单位为米。
由上述关系式不难看出,位为米。
由上述关系式不难看出,同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时,速度是不同的,在不同的媒质中传播时,速度是不同的,因此波长也不一样。
一样。
波长
1.2无线电波的极化无线电波在空间传播时,无线电波在空间传播时,其电场方向是按一定的规律而变化的,这种现象称为无线电波的极化。
变化的,这种现象称为无线电波的极化。
什么是天线?
把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间………把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间收集无线电波并产生电信号
Blahblahblahblah
1.3天线的极化
天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向
垂直极化
水平极化
+45度倾斜的极化度倾斜的极化
-45度倾斜的度倾斜的极化
双极化天线两个天线为一个整体,传输两个独立的波。
两个天线为一个整体,传输两个独立的波。
V/H(垂直水平垂直/水平垂直水平)
倾斜(+/-45°
)°
1.4圆极化波
如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的,就叫作如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的,椭圆极化波。
旋转过程中,如果电场的幅度,椭圆极化波。
旋转过程中,如果电场的幅度,即大小保持不我们就叫它为圆极化波。
变,我们就叫它为圆极化波。
向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆极化波,反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。
转的叫右旋圆极化波,反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。
垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收,水平垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收,极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。
极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。
右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收;
而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。
当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时,在接收过来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时,程中通常都要产生极化损失。
程中通常都要产生极化损失。
1.5极化损失
当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时,当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时,在接收过程中通常都要产生极化损失,例如:
接收过程中通常都要产生极化损失,例如:
当用圆极化天线接收任一线极化波,或用线极化天线接收任一圆极化波时,接收任一线极化波,或用线极化天线接收任一圆极化波时,都要产生3分贝的极化损失,即只能接收到来波的一半能量;
都要产生3分贝的极化损失,即只能接收到来波的一半能量;
当接收天线的极化方向(例如水平或右旋圆极化)与来当接收天线的极化方向(例如水平或右旋圆极化)波的极化方向(相应为垂直或左旋圆极化)完全正交时,波的极化方向(相应为垂直或左旋圆极化)完全正交时,接收天线也就完全接收不到来波的能量,收天线也就完全接收不到来波的能量,这时称来波与接收天线极化是隔离的。
线极化是隔离的。
极化)1.6(极化)隔离
隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极化中出现的比例
在这种情况下的隔离为10log(1000mW/1mW)=30dB
1000mW(即1W)即
1mW
第一节无线电波的基本知识
第二节
超短波的基本知识
2超短波的传播
无线电波的波长不同,传播特点也不完全相同。
无线电波的波长不同,传播特点也不完全相同。
目前GSM和CDMA移动通信使用的频段都属于UHF(特高频)移动通信使用的频段都属于UHF目前GSM和CDMA移动通信使用的频段都属于UHF(特高频)GSM超短波段,其高端属于微波。
超短波段,其高端属于微波。
2.1超短波和微波的视距传播超短波和微波的频率很高,波长较短,它的地面超短波和微波的频率很高,波长较短,波衰减很快。
因此也不能依靠地面波作较远距离的传播,波衰减很快。
因此也不能依靠地面波作较远距离的传播,它主要是由空间波来传播的。
它主要是由空间波来传播的。
直视距离和发射天线以及接收天线的高度有关系,并受到地球曲率半径的影响。
高度有关系,并受到地球曲率半径的影响。
由简单的几何关系式可知AB=3.57(HT1/2+HR1/2)(公里=公里)公里
A发射天线高HT
RT
O'
RR
B接收天线高HR
2.2电波的多径传播
电波除了直接传播外,遇到障碍物,例如,山丘、电波除了直接传播外,遇到障碍物,例如,山丘、森林、地面或楼房等高大建筑物,还会产生反射。
因此,森林、地面或楼房等高大建筑物,还会产生反射。
因此,到达接收天线的超短波不仅有直射波,还有反射波,到达接收天线的超短波不仅有直射波,还有反射波,这种现象就叫多径传输。
现象就叫多径传输。
由于多途径传播使得信号场强分布相当复杂,由于多途径传播使得信号场强分布相当复杂,波动很也由于多径传输的影响,大;
也由于多径传输的影响,会使电波的极化方向发生变因此,有的地方信号场强增强,化,因此,有的地方信号场强增强,有的地方信号场强减另外,不同的障碍物对电波的反射能力也不同。
弱。
另外,不同的障碍物对电波的反射能力也不同。
多径传播与反射
用分集接收改善信号电平
2.32.3电波的绕射传播
电波在传播途径上遇到障碍物时,总是力图绕过障碍物,电波在传播途径上遇到障碍物时,总是力图绕过障碍物,再向前传播。
这种现象叫做电波的绕射。
超短波的绕射能力较再向前传播。
这种现象叫做电波的绕射。
在高大建筑物后面会形成所谓的“阴影区”弱,在高大建筑物后面会形成所谓的“阴影区”。
信号质量受到影响的程度不仅和接收天线距建筑物的距离及建筑物的高度有关,还和频率有关。
离及建筑物的高度有关,还和频率有关。
也就是说,频率越高,建筑物越高、越近,影响越大。
也就是说,频率越高,建筑物越高、越近,影响越大。
相反,频率越低,建筑物越矮、越远,影响越小。
因此,架设天线选择基站场地时,因此,架设天线选择基站场地时,必须按上述原则来考虑对绕射传播可能产生的各种不利因素,并努力加以避免。
对绕射传播可能产生的各种不利因素,并努力加以避免。
问题
无线电波的概念是什么?
无线电波的波长、频率和传播速度的关系?
解释无线电波的绕射现象?
水平极化波和垂直极化波的区别是什么?
请图示)水平极化波和垂直极化波的区别是什么?
(请图示)
解答
无线电波是一种能量传输形式,在传播过程中,无线电波是一种能量传输形式,在传播过程中,电场和磁场在空间是相互垂直的,相互垂直的,同时这两者又都垂直于传播方向。
在公式中,为速度,单位为米/可用式λ=V/f表示。
在公式中,V为速度,单位为米/秒;
f为频率,单位为赫芝;
为波长,单位为米。
由上述关系式不难看出,为频率,单位为赫芝;
λ为波长,单位为米。
由上述关系式不难看出,同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时,速度是不同的,因此波同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时,速度是不同的,长也不一样。
长也不一样。
电波在传播途径上遇到障碍物时,总是力图绕过障碍物,再向前传播。
无线电波在空间传播时,其电场方向是按一定的规律而变化的,无线电波在空间传播时,其电场方向是按一定的规律而变化的,这种现象称为无线电波的极化。
这种现象称为无线电波的极化。
无线电波的电场方向称为电波的极化方向。
如果电波的电场方向垂直于地面,的极化方向。
如果电波的电场方向垂直于地面,我们就称它为垂直极化波。
如果电波的电场方向与地面平行,垂直极化波。
如果电波的电场方向与地面平行,则称它为水平极化波。
小结
本章介绍了无线电波和超短波的基本知识,本章介绍了无线电波和超短波的基本知识,其中主要包括的内容有:
无线电波的概念、无线电波的极化、括的内容有:
无线电波的概念、无线电波的极化、天线的概念、天线的极化、圆极化波、极化损失、极化隔离、的概念、天线的极化、圆极化波、极化损失、极化隔离、超短波和微波的视距传播、电波的多径传播、电波的绕超短波和微波的视距传播、电波的多径传播、射传播等方面的内容。
射传播等方面的内容。
通过对本章的学习,通过对本章的学习,应该对无线电波和超短波的特性有一定的了解,掌握这部分和天线相关的知识。
同时,一定的了解,掌握这部分和天线相关的知识。
同时,通过课后习题的学习,可以对这部分的知识加以巩固。
过课后习题的学习,可以对这部分的知识加以巩固。
第二章天线辐射电磁波的基本原理
导线载有交变电流时,就可以形成电磁波的辐射,导线载有交变电流时,就可以形成电磁波的辐射,辐射的能力与导线的长短和形状有关.力与导线的长短和形状有关当导线的长度增大到可与波长相比拟时,当导线的长度增大到可与波长相比拟时,导线上的电流就大大增加,因而就能形成较强的辐射。
大增加,因而就能形成较强的辐射。
通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。
天线可视为一个四端网络
同轴线变化为天线
2.1对称振子(半波振子)对称振子(半波振子)两臂长度相等的振子叫做对称振子,也叫半波振子。
两臂长度相等的振子叫做对称振子,也叫半波振子。
波长1/4波长波长1/2波长波长1/4波长波长1/2波长波长振子
一个1/2波长的对称振子一个波长的对称振子在800MHz约200mm长长400MHz约400mm长
对称振子上的场分布
2.2天线的输入阻抗
天线和馈线的连接端,天线和馈线的连接端,即馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比,称为天线的输入阻抗。
输入阻抗有电阻分量信号电流之比,称为天线的输入阻抗。
和电抗分量。
和电抗分量。
输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率。
因此,必须使电抗分量尽可能为零,有效信号功率。
因此,必须使电抗分量尽可能为零,使天线的输入阻抗为纯电阻。
的输入阻抗为纯电阻。
输入阻抗与天线的结构和工作波长有关,基本半波振子,输入阻抗与天线的结构和工作波长有关,基本半波振子,即由中间对称馈电的半波长导线,其输入阻抗为(73.即由中间对称馈电的半波长导线,其输入阻抗为(73.1+j42.42.5)欧姆。
欧姆。
2.3天线的方向性
天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。
对于接收天线而言,能力。
对于接收天线而言,方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。
天线的方向性的特向传来的电波所具有的接收能力。
性曲线通常用方向图来表示.性曲线通常用方向图来表示.方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力。
的发射或接收电磁波的能力。
天线方向图
2.4天线的工作频率范围带宽天线的工作频率范围(带宽带宽)
无论是发射天线还是接收天线,无论是发射天线还是接收天线,它们总是在一定的频率范围内工作的,通常,频率范围内工作的,通常,工作在中心频率时天线所能输送的功率最大,偏离中心频率时它所输送的功率都将减小,送的功率最大,偏离中心频率时它所输送的功率都将减小,据此可定义天线的频率带宽。
据此可定义天线的频率带宽。
有几种不同的定义:
一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度;
另一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。
当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降在天线工作频带内,天线性能下降不多仍然是可以接受的在天线工作频带内天线性能下降不多,仍然是可以接受的。
天线性能下降不多仍然是可以接受的。
在850MHz1/2波长振子最佳
在820MHz
在890MHz天线振子
在820MHz1/2波长为~180mm,在890MHz为~170mm175mm对~850MHz将是最佳的对该天线的频带宽度=890-820=70MHz
2.5天线的功能控制辐射能量的去向天线的功能:
顶视
侧视
在地平面上,为了把信号集中到所需要的地方,要求把在地平面上,为了把信号集中到所需要的地方,“面包圈”压成扁平的。
面包圈”压成扁平的。
面包圈
对称振子组阵能够控制辐射能构成“扁平的面包圈”
一个对称台振子
假设在接收机中有1mW功率功率假设在接收机中
在阵中有4个对称振子在阵中有个对称振子
在接收机中就有4mW功率在接收机中就功率
在这儿增益=在这儿增益10log(4mW/1mW)=6dBd
更加集中的信号
利用反射板可把辐射能控制聚焦到一个方向反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线
天线(顶视)
“全向阵”全向阵例如在接收机中为4mW功率功率
“扇形覆盖天线”将在接收机中有8mW功率功率
在我们的“扇形覆盖天线中在我们的扇形覆盖天线”中,反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益扇形覆盖天线这里,扇形覆盖天线与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW)=9dBd扇形覆盖天线”这里“扇形覆盖天线与单个对称振子相比的增益为
2.6dBd和dBi的区别的区别
一个单一对称振子dipole具具一个单一对称振子有面包圈形的方向图辐射
一个各向同性isotropic的的一个各向同性辐射器在所有方向具有相同的辐射
2.17dB对称振子的增益为2.17dB对称振子的增益为
一个天线与对称振子相比较的增益用“dBd”表示表示一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用“dBi”表示益用表示例如:
例如3dBd=5.17dBi
2.7前后比
方向图中,前后瓣最大电平之比称为前后比。
后向功率
前向功率
以dB表示的前后比=10log表示的前后比
(前向功率前向功率)前向功率(反向功率反向功率)反向功率
典型值为25dB左右
目的是有一个尽可能小的反向功率
2.8波束宽度
3dB波束宽度-3dB点点60°
60°
(eg)
方位即水平面方向图
10dB波束宽度-10dB点点120°
°
峰值
-3dB点点Peak-3dB15°
(eg)Peak32°
-10dB点点Peak-10dBPeak
Peak-3dB
Peak-10dB
俯仰面即垂直面方向图
2.9天线增益与方向图的关系
一般说来,天线的主瓣波束宽度越窄,天线增益G越高。
当旁瓣电平及前后比正常的情况下,当旁瓣电平及前后比正常的情况下,可用下式近似表示
Ga=32600/(
)
计算时要换算成dB值)为天线增益(为倍数,计算时要换算成dB值),为垂直半功率角,为水平半功率角。
其中,为天线增益为倍数,计算时要换算成dB值为天线增益(其中,Ga为天线增益(为倍数,计算时要换算成值)为垂直半功率角,为水平半功率角。
β为垂直半功率角,η为水平半功率角。
天线增益与方向图半功率波瓣宽度关系曲线
方向图旁瓣显示
上旁瓣抑制
下旁瓣抑制
全向天线增益与垂直波瓣宽度
9dBd全向天线全向天线
板状天线增益与水平波瓣宽度
半功率波瓣宽度
半波振子360°
以半波振子为参考的增益0dBd
带反射板的半波振子180°
3dBd
带反射板的两个半波振子90°
6dBd
理论辐射图
2.10天线波束的下倾天线波束的下倾
为使波束指向朝向地面
无下倾
电下倾
机械下倾
天线波束下倾的演示
波束下倾控制覆盖、用于:
控制覆盖、减小交调两种方法:
机械下倾、两种方法机械下倾、电下倾机械下倾
电下倾的产生
无下倾时在馈电网络中路径长度相等
有下倾时在馈电网络中路径长度不相等
电下倾情况下的波束覆盖
机械下倾情况下的波束覆盖
下倾方法的比较
10°
电下倾°
6°
电下倾°
机械下倾°
+4°
机械下倾°
如何实现可变电下倾
输入阻抗的定义是什么?
波束下倾有哪两种方法?
增益的概念是什么?
dBd与dBi的区别是什么?
与的区别是什么?
的区别是什么
天线和馈线的连接端,天线和馈线的连接端,即馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比,信号电压与信号电流之比,称为天线的输入阻抗。
阻抗。
分为机械下倾和电下倾两种情况增益是指在输入功率相等的条件下,增益是指在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比,即功率之比。
的场强的平方之比,即功率之比。
一个天线与对称振子相比较的增益、一个天线与对称振子相比较的增益、用“dBd”表示。
表示。
一个天线与各向同性辐射器相比较的增益、用“dBi”表示。
例如表示例如:
5.17dBi3dBd=
本章介绍了天线辐射电磁波方面的基本知识
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