SEARCH
Tastek Information
了解更多塔石的讯息
首页 / 新闻资讯 / 技术交流
News

天线的主要参数及性能

2019-12-16

天线是一种变换器,它把传输线上传播的导行波,变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波,或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统,凡是利用电磁波来传递信息的,都依靠天线来进行工作。此外,在用电磁波传送能量方面,非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性,即同一副天线既可用作发射天线,也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。

天线的主要参数及性能

1、天线是无源设备,独立的天线并不区分发射与接收

2、理论上所有频段都有各种类型的天线,但因为用途/成本/技术关系往往只有个别的数个类型,例如:2.4G以上的八木天线非常少见,因为波长太短使得制造八木天线成本相对抛物面天线过高。

3、一般天线都有极化角,具体发射的极化角与天线的放置有关(水平/垂直极化/带角度的极化),圆振子/螺旋天线发射的信号是例外,那是圆极化,天线旋转并不会带来极化角的影响。

4、天线的db数是增益的意思,与发射功率无关。但需要注意,高增益的天线必定比低增益的天线带来更高的指向性(可以用变焦镜头来类比,高的焦距必定带来更狭窄的视角)


天线主要的性能参数

1辐射方向图:以天线为中心,辐射功率密度随角坐标变化。如定向,全向。

2方向性:距离天线同样距离的方向图上最大功率密度与各项同性平均功率密度之比。

3增益:方向性因子乘以天线效率(辐射功率与输入功率之比)。

4极化:在最大辐射方向上,随时间变化的电场描出的轨迹,如椭圆极化(线极化和圆极化)。

5输入阻抗:馈电口的电压与电流之比,称为天线的输入阻抗。

6带宽:可考虑方向图带宽、增益带宽、输入阻抗带宽等。

7综合考虑项:尺寸、重量、功率、工作环境、成本费用等。

天线的工作频带宽度有两种定义

一驻波比SWR≤1.5的情况下,天线的频带宽度;

二天线增益下降3dB范围内的频带宽度。

回波损耗、反射系数、电压驻波比、S参数

回波损耗RL:入射功率/反射功率,dB。RL=-S11.

反射系数Γ:反射电压/入射电压,标量。S11=20lg(Γ).

电压驻波比VSWR:波腹电压/波节点电压。VSWR=(1+Γ)/(1-Γ).

S参数:

S11为输入反射系数,也就是输入回波损耗。

S12为反向传输系数,也就是隔离度。

S21为正向传输系数,也就是增益。

S22为输出反射系数,也就是回波损耗。

电压驻波比、反射功率、传输功率

电压驻波比   1.0     1.1     1.2     1.5     2.0     3.0

反射功率      0      0.2     0.8     4.0     11.1    25.0

传输功率     100    99.8    99.2     96.0    88.9    75.0

传输线的50Ω

同轴线,主要考虑是功率的传输和传输过程中的衰减。为了是传输线传输功率最大,就要使传输线的内外导体有一个比值。如,以空气为介质的传输线,外半径/内半径=1.65时,传输的功率最大,此时特性阻抗为30Ω。外半径/内半径=3.59时,这时衰减最小,此时特性阻抗为77Ω。为了二者兼有,折中取值50Ω。

馈线损耗

因为馈线有损耗,所以天线的馈线长短会影响发射机与天线的匹配。一般馈线的损耗为0.3dB/m,馈线长度为10m时就近乎衰减了3dB,功率衰减了一半。

天线的负增益

dBd和dBi; dBd+2.15=dBi。

dBd:一个天线和对称振子相比较的增益用dBd表示;

dBi:一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用dBi表示。

3dBd=5.17dBi。

天线的增益反应天线朝一个特定方向收发能量的能力。天线的增益和天线方向图有密切的关系:主瓣越窄,副瓣越小增益越高。

天线增益=天线效率x天线方向性。天线方向性是恒大于1的,而天线的效率可能小于1,取对数后就为负值。如果天线的效率过于低,就会使得天线增益为负值。实际效果上看相当于一个衰减器(本质并非衰减器),随后从dB形式分析,在系统电路中的增益就是放大器增益和天线增益之和。