天线及其测量方法概要VIP专享VIP免费

现代微波与天线测量技术第6讲：无源天线及其测量技术彭宏利博士2008.11微波与射频研究中心上海交通大学－电信学院－电子工程系第8节：无源天线及其测量技术8.1.8.2.8.3.8.4.8.5.8.6.8.7.能的影响8.8.8.9.8.10.8.11.天线概述；天线主要性能指标；Helical外置天线；PIFA内置天线；Monopole内置天线；PIFA和Monopole天线比较；天线性能与环境：其它部件对手机天线性天线测量条件和测量参数；天线方向图测量技术；天线增益测量技术；天线极化参数测量第1/39页8.1.天线概述8.1.1.天线的定义在无线电发射和接收系统中，用来发射或接收电磁波的元件，被称为天线。8.1.2.天线的作用天线的作用是转换电磁波的型态：,,,,发射天线将电路传输结构中的导引波转换成空间中的辐射波；接收天线将空间中的辐射波转换成电路传输结构中的导引波；接收和发射天线是互易的。导引波（Guidedwave）：电磁波被局限在一般电路中，沿传输线往特定的方向前进，分析参数为电压和电流。,辐射波（Radiationwave）：电磁波可以往空间任意方向传播，分析参数为电场和磁场。8.1.3.天线工作机理第2/39页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。如果两平行导线的距离很近，则两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，辐射很微弱。如果两导线张开，则由于两导线的电流方向相同，两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度ｌ远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱。当导线的长度可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，能形成较强的辐射。通常将能产生显著辐射的直导线称为振子。8.1.4.天线分类基站天线：第3/39页终端天线：8.2.天线主要性能指标8.2.1.工作频率和带宽3dB增益带宽：天线增益下降3dB时对应的频带宽度。驻波比带宽：在一定驻波比条件下，天线输入口的工作频带宽度。移动通信系统中，通常使用后一种定义，即基站天线的输入驻波比≤1.5时，天线的工作带宽；手机天线驻波比≤2.5时的工作带宽。8.2.2.驻波比第4/39页当天线馈线和天线匹配时，高频能量全部被天线转化成辐射电磁波。其特点是，馈线上传输的是行波，即线上没有反射波、各处的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。当天线馈线和天线不匹配时，馈线上传播的是行驻波。可用反射系数Γ表示。也可用回波损耗（ReturnLoss）来表示天线与馈线的匹配状况。电压驻波比VSWR、反射系数Γ、回波损耗RL的关系式如下：Γ=8.2.3.阻抗VSWR-11+Γ?VSWR-1?，VSWR=，RL=-20lgΓ=-20lg??VSWR+11-Γ?VSWR+1?天线等效阻抗ZA=(RL+Rr)+jXA=RA+jXA其中：第5/39页RL—消耗电阻，由组成的材料的导电率决定Rr—辐射电阻，用来等效被辐射出去的能量RA—天线电阻jXA—天线电抗天线的阻抗（ZA=RA+jXA）会随频率的不同而不同，一般希望在操作频率附近，天线的阻抗和输入电路的阻抗相互匹配，这样可以有最大的功率输入天线中。达到天线匹配的方式：a)修改天线本身结构，包括几何结构，馈电点位置，构成材料等。这样修改的的好处是天线结构会比较简单，缺点是有时候匹配不容易做成。b)加入匹配网络：利用元件如电感，电容，电阻等；或者传输线变换结构等，来达到匹配的目的。这样的修改的好处是匹配容易达成，缺点是增加的天线结构的复杂度，不利于缩小化，并且匹配网络会消耗部分功率，同时也会让阻抗的频宽变窄。8.2.4.定向性（Directivity，D）度量天线把辐射功率（Pr）传向某一特定方向的能力。D=UmaxUmax4πUmax==PrUavePr4π其中：Umax—最大辐射强度第6/39页Uave—平均辐射强度8.2.5.匹配效率输入功率=反射功率+进入天线功率反射损耗（ReturnLoss，RL）RL≡反射功率输入功率（无单位）?反射功率?RL=-10lg???输入功率?（单位：dB）和S参数相联系8.2.6.辐射效率（RadiationEfficicency，ηr）辐射功率和输入功率的比值，是度量天线能否有效将输入能量辐射出去的指标。ηr=8.2.7.增益（Gain，G）PrPin比较定向性和增益的公式，在相同输入功率下，天线的最大辐射强度和理想点源天线的辐射强度比值。第7/39页G=Umax4πUmax=Uin(ave)PinG=ηrD8.2.8.辐射场型天线附近空间中的电磁场，可分为近...