天线分类
线天线
单极天线
2a 单天线
0
4
单极天线
同轴馈线
折合阵子天线
0
2
同轴馈线
倒L型和倒F型天线
l2 l1 半波阵子： 短对称阵子：
l1 l2
0 4 l1 l2＜ 0 ＜
面形阵子
(a)
l2 l1 l3
l1 l3
0 4
l2 ＜ 0 ＜
(c) (b)
平面天线
3-D plot ( both θ and ϕ vary )
2-D plot ( θ= const plane, ϕ vary or ϕ= const plane, θ vary )
与方向图相关的几个技术术语（1）
a)
等方向模式（ Isotropic pattern ） is the
pattern of an antenna having equal radiation in all directions. This is an ideal (not physically achievable) concept. However, it is used to define other antenna parameters. It is represented simply by a sphere whose center coincides with the location of the isotropic radiator. b) 定向天线 （ Directional antenna ）is an antenna, which radiates (receives) much more efficiently in some directions than in others. Usually, this term is applied to antennas whose directivity is much higher than that of a halfwavelength dipole. c) 全向天线 （ Omnidirectional antenna ）is an antenna, which has a non-directional pattern in a given plane, and a directional pattern in any orthogonal plane (e.g. singlewire antennas).
部分方向性
The total directivity is the sum of the partial directivities for any two orthogonal polarizations:
方向性另外一种定义


方向性也可以定义为在辐射功率相同的条件下， 天线在某特定方向上的辐射强度与参考天线的 辐射强度之比。如果参考天线是理想点源，单 位为dBi；如果参考天线是半波振子，单位为 dBd。用于描述天线在某特定方向上的能量集 中程度。 方向性系数是以辐射功率相同为基点，没有考 虑天线将输入功率转换为辐射功率的效率。为 了更完整地描述天线特性，更常用的参数是以 输入功率相同为基点的天线增益。
dBd 和 dBi表示增益的区别
一个单一对称振子具有面包 圈形的方向图辐射
一个各向同性的辐射器在所 有方向具有相同的辐射
2.17dB
一个天线与对称振子相比较的增益 用“dBd”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: 3dBd = 5.17dBi
对称振子的增益为2.17dB
6、天线的增益

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。增益一般与天线方向图有关， 方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高


如果，天线没有损耗，则， G( , )= D( , ) 由于，天线存在失配损耗、传输线损耗、电导损耗、 介质损耗和极化损耗。所以，实际的天线系统都是 G( , ) D( , )
序言
序言
天线的定义： 能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能 够有效的接收空间某特定方向来的电磁波的装 臵。 天线的功能： 能量转换－导行波和自由空间波的转换； 定向辐射（接收）－具有一定的方向性。
通讯系统中的天线
2、天线在通讯系统中的应用： 1879年Marconi发明无线电报 无线电>电报、广播、电视、…… 通讯>短波、散射、微波接力、卫星、…… 移动通讯>集群、寻呼、无绳、蜂窝、…... 蜂窝移动通讯: 1G>模拟>语音 2G>数字>语音+数据 3G>数字>语音+高速多媒体数据 随着无线通讯系统的发展，出现了各种类型的天线。 不同的应用背景，天线的形式和要求的参数也不同。
与方向图相关的几个技术术语（2）
d) 主方向图（Principal patterns） are the 2-D patterns of linearly polarized antennas, measured in the E-plane (a plane parallel to the E vector and containing the direction of maximum radiation) and in the Hplane (a plane parallel to the H vector, orthogonal to the E-plane, and containing the direction of maximum radiation).
定向天线的上旁瓣与下旁瓣
上旁瓣抑制
下旁瓣抑制
上旁瓣抑制

对于基站天线，人们常常要求它的垂直面（即俯仰面）方向图中， 主瓣上方第一旁瓣尽可能弱一些。这就是所谓的上旁瓣抑制 。基 站的服务对象是地面上的移动电话用户，指向天空的辐射是毫无 意义的。
天线的波束宽度
在辐射方向图中，主瓣两半功率点间的夹角定义为天线 方向图的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽 越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。
方向性的定义是给定方向辐射强度与平均辐射强度之比。 平均辐射强度等于总的辐射功率除以4 。如果没有特 别指定方向，天线的方向性是指辐射最强方向的辐射强 度与平均辐射强度之比。
and
E( , ) /( 2 ) D( , ) 4 1 ( E H * )ds 2
2
方向性是一个无量纲的量。通常，方向性总是大于等于1。
3dB 波束宽度 - 3dB点 峰值 - 3dB点 - 3dB点 15° (eg) 峰值 32° (eg) 120° (eg)
方位即水平面方向图
10dB 波束宽度 - 10dB点 峰值
60° (eg)
- 10dB点 - 10dB点 峰值
- 3dB点
- 10dB点
俯仰面即垂直面方向图
天线的前后比
方向图中，后向±30°内波瓣最大值相对主瓣最大值的比称为前后比。 前后比大，天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为１， 所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。
二分之一波长平衡变换器

又称“Ｕ”形管平衡变换器，它用于不平衡馈线同轴电缆与平衡 负载半波对称振子之间的连接。 “Ｕ”形管平衡变换器还有 1:4 的阻抗变换作用。移动通信系统采用的同轴电缆特性阻抗通常为 50欧，所以在YAGI天线中，采用了折合半波振子，使其阻抗调整 到200欧左右，实现最终与主馈线50欧同轴电缆的阻抗匹配。
口径天线
平面槽天线
漏波天线
带反射器的天线
透镜天线
阵列天线
天线辐射单元的一般特性

辐射单元在工作频点是谐振的。例如：双偶极 子天线的长度是1/2波长。
在 850MHz 1/2 波长振子 最佳
在 820 MHz
在 890 MHz
天线振子
在 820 MHz 1/2 波长 为~ 180mm, 在890 MHz 为~ 170mm 175mm对~ 850MHz 将是最佳的 该天线的频带宽度 = 890 - 820 = 70MHz
在阵中有4个对称振子
在接收机中就有4 mW功率
在这儿增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd
更加集中的信号
形成定向辐射的原理
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” 例如在接收机中为4mW功率
“扇形覆盖天线 ” 将在接收机中有8mW功率
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。 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
天线辐射单元的一般特性

如果天线需要工作在多个频率点，那么就需要 在辐射器上制造出多个谐振器。
双频印刷振子天线
双频基站天线单元结构
天线的馈电方式




巴伦 信号源或负载或传输线，根据它们对地的关系，都可以分成平 衡和不平衡两类。 若信号源两端与地之间的电压大小相等、极性相反，就称为平 衡信号源，否则称为不平衡信号源；若负载两端与地之间的电压 大小相等、极性相反，就称为平衡负载，否则称为不平衡负载； 若传输线两导体与地之间阻抗相同，则称为平衡传输线，否则为 不平衡传输线。 在不平衡信号源与不平衡负载之间应当用同轴电缆连接，在平 衡信号源与平衡负载之间应当用平行双线传输线连接，这样才能 有效地传输信号功率，否则它们的平衡性或不平衡性将遭到破坏 而不能正常工作。如果要用不平衡传输线与平衡负载相连接，通 常的办法是在两者之间加装“平衡－不平衡”的转换装臵，一般 称为巴伦或平衡变换器
与方向图相关的几个技术术语（3）
e) 方向图波瓣（Pattern lobe）方向图通常都有两个或多个瓣，