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天线的重要指标

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发表于 2015-10-22 09:46:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
一个好的天线系统,首先是天线系统本身的辐射效率要高,损耗要小,其次是要能与传输系统匹配,使整个收发系统的传输效率达到最高,再次就是能尽量地使所辐射的能量集中到所需要的地方,抑制不必要的辐射。
1.辐射效率
输入到天线系统的功率,在天线系统中会由于热损耗、介质损耗等消耗掉一部分,而不能全部变为电磁波辐射。天线的辐射效率就是辐射功率与输入功率之比,它与天线的损耗电阻、辐射电阻、工作波长等有关。为了提高天线的辐射效率,就要尽量增大辐射电阻和减小损耗电阻。同时,发射频率越低,天线的辐射效率也越低,换句话说就是信号的频率越低,越难以辐射。这也就是为什么高频电路特别需要注意屏蔽和隔离的原因。
2.特性阻抗
     把一定频率的高频功率信号馈入到天线的输入端,天线就会呈现出一定的电阻和电抗,称为天线的特性阻抗。天线的特性阻抗与天线的形状、尺寸、工作波长、信号的馈入点、周围环境的影响等多种因素有关。大多数情况下,特性阻抗可以通过理论计算或由实验确定,但用普通的万用表是不能测量出来的。若天线系统的特性阻抗与传输系统的特性阻抗相同,就称为阻抗匹配,这时天线系统的辐射电阻和损耗电阻正好吸收了传输系统馈送的全部功率。而如果天线系统与传输系统的特性阻抗有差异,系统就不匹配,造成电波从天线系统反射回传输系统,这部分反射的电波信号由于来回反射被损耗掉,没有被天线系统辐射出去,无形中使实际馈送到天线系统的高频功率信号减少,造成传输效率下降,由于一般收发信机和高频同轴电缆的特性阻抗均为50Ω,所以,通常应努力使天线的特性阻抗也为50Ω,只有这样,才能使整个收发系统的传输效率最高。
3..天线增益
把天线的辐射向某个方向集中,在这个方向上天线所产生的场强将会增大,也就是说天线具有增益。通常表示天线的增益采用对数比值dB表示,所用的比较基准不同,得出的天线增益值也有很大的不同,一般是以无方向天线的辐射场强为基准。理论上可以把天线的全部辐射都集中到远处的一点上,但实际上要实现它需要极其庞大复杂的天线系统,而这时天线内部的相互影响和产生的损耗会抵消掉天线产生的增益,天线的增益增加到一定的程度就很难提高,最多只能有几十分贝(dB)。有一个比较形象地表现天线辐射情况的是天线辐射方向图,天线方向图可以反映天线分别在水平方向和垂直方向上达到相同场强的距离。
4.天线的方向性
指天线向一定方向辐射电磁波的能力。它的这种能力可采用方向图,方向图主瓣的宽度,方向性系数等参数进行描述。所以方向性是衡量天线优劣的重要因素之一。天线有了方向性,就能在某种程度上相当于提高发射机或接收机的效率,并使之具有一定的保密性和抗干扰性。
4.1【方向性图】方向性图是表示天线方向性的特性曲线,即天线在各个方向上所具有的发射或接收电磁波能力的图形。
实用天线处在三度几何空间中,所以,它的方向性图应该是个立体图。在这个立体图中,由于所取的截面不同而有不同的方向性图。最常用的是水平面内的方向性图(即和大地平行的平面内的方向性图)和垂直面内的方向性图(即垂直于大地的平面内的方向性图)。有的专业书籍上也称赤道面方向性图或子午面方向性图。
4.2【波瓣宽度】有时也称波束宽度。系指方向性图的主瓣宽度。一般是指半功率波瓣宽度。当L/λ数值不同时,其波瓣宽度也不同。L/λ比值增加时,方向图越尖锐,但当(L/λ)>0.5时,除了与振子轴垂直的方向有最大的主瓣外,还可能出现付瓣。因此,波瓣宽度越小,其方向性越强,保密性也强,干扰邻台的可能性小。所以,对于超短波,微波等所用的天线,登记主瓣宽度这一指标,是十分重要的。
4.3【方向性系数】方向性系数是用来表示天线向某一个方向集中辐射电磁波程度(即方向性图的尖锐程度)的一个参数。 为了确定定向天线的方向性系数,通常以理想的非定向天线作为比较的标准。
任一定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的条件下,非定向天线的总辐射功率对该定向天线的总辐射功率之比。
按照上面的定义,由于定向天线在各个方向上的辐射强度不等,故天线的方向性系数也随着观察点的位置而不同,在辐射电场最大的方向,方向性系数也最大。通常如果不特别指出,就以最大辐射方向的方向性系数作为定向天线的方向性系数。
在中波和短波波段,方向性系数约为几到几十;在米波范围内,约为几十到几百;而在厘米波波段,则可高达几千,甚至几万。
5.辐射电阻
发射天线的辐射功率与馈电点的有效电流平方之比,称为天线的辐射电阻。
6. 天线的输入阻抗
天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接,最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗,这时馈线终端没有功率反射,馈线上没有驻波,天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量,使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数,行波系数,驻波比和回波损耗,四个参数之间有固定的数值关系,使用那一个纯出于习惯。在我们日常维护中,用的较多的是驻波比和回波损耗。一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω。
7. 驻波比
它是行波系数的倒数,其值在1到无穷大之间。驻波比为1,表示完全匹配;驻波比为无穷大表示全反射,完全失配。在移动通信系统中,一般要求驻波比小于1.5,但实际应用中VSWR应小于1.2。过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大,影响基站的服务性能。
8. 回波损耗
它是反射系数绝对值的倒数,以分贝值表示。回波损耗的值在0dB的到无穷大之间,回波损耗越大表示匹配越差,回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射,无穷大表示完全匹配。在移动通信系统中,一般要求回波损耗大于14dB。
9. 前后比(Front-Back Ratio)
表明了天线对后瓣抑制的好坏。选用前后比低的天线,天线的后瓣有可能产生越区覆盖,导致切换关系混乱,产生掉话。一般在25-30dB之间,应优先选用前后比为30的天线。

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