天线的基本知识.docx

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天线的基本知识

一、发射天线的作用

广播电视发射台的主要设备包括了：

信号源系统、发射机设备以及铁塔和天馈线系统。

在广播电视传输的各个环节中，天馈线系统是各环节中最终的主要设备之一，其作用是将广播电视信号以电磁波的形式向空间传送能量。

天线可以向周围辐射电磁波能量，在计算天线辐射场强时，天线的增益若能提高3dB，则相当于发射机有效功率提高一倍。

因此，使用较高增益的天线更具有较大的使用价值。

二、天线的发展

1、1887年郝兹在验证电磁波存在时使用了双球发射天线和单环天线。

2、1897年出现了能实现5Km通信的大型长波天线。

3、1901年马可尼研制出第一付大型垂直极化天线实现3700Km远程通信。

4、20年代初中波天线兴起和发展，从T型、Г型和伞型天线到后来的拉线式或自立式铁塔天线。

凌风公司在2003年又率先研制出了自立式缩短型曲线式中波电小天线。

5、30年代雷达的出现推动了喇叭天线透镜天线介质天线、缝隙天线等超短波天线的诞生。

1928年著名的八木天线研制成功并推广应用至今。

6、40—50年代：

蝙蝠翼天线、带有反射板的各种半波振子天线、大功率缝隙天线迅速发展。

长、中、短天线基本定型。

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7、随着科技的发展，高增益、宽频带、高分辨率、快速扫描的天线大量出现，相控天线取得了突破性发展，现代天线已有微带天线、有源相控天线、超导天线、四维天线等。

更有向小型化、轻便、隐形化的发展趋势。

三、天线问题求解的基本方法

1、解析法：

对形状极为简单的天线求得精确解。

2、近似解析法：

变分法、微扰法、迭代法、几何光学法几何绕射法、物理绕射法等。

3、数值法：

利用计算机进行运算，可用纯数值法，也可用矢量法。

但是，较为复杂的天线，仍然是用多次实验的方法优化出来的，某些电参数用经验公式或实验曲线计算。

四、天线的主要参数

1、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，最理想的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。

天线的输入阻抗与频率有关。

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，使用那一个常取决于使用者习惯。

在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。

一般发射天线的输入阻抗为50Ω。

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驻波比就是行波系数的倒数，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。

在天线系统中，一般要求驻波比小于1.1，但实际应用中VSWR应小于1.15。

过大的驻波比会加大发射机反射功率。

回波损耗就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。

在天线系统中，一般要求回波损耗大于26dB。

2、天线的极化方式天线辐射的电磁波可以是线极化，椭圆极化或圆极化。

电极化是指电场矢量端点随时间变化时运动轨迹的形状，取向和旋转方向。

场矢量在空间任何瞬时固定不变的电磁波称线极化波。

与工程上电场矢量和地面平行的称水平极化；与地面垂直的称垂直极化波；向反当电场时间顺时针方向旋转是右旋极化，地面倾斜某一角度的称斜线极化。

而轨迹为一椭圆则为椭圆极化。

时针方向旋转是左旋极化。

某种极化天线。

辐射某种极化电磁波的天线，称为接收功率的极化损失就是发射天线的极形式和接收天线的极化形式不同时，损失为极化损失。

、天线的增益3它是选择发射天天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，线最重要的参数之一。

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一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。

表征天线增益的参数有dBd和dBi两种。

dBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的；dBd相对于对称阵子天线的增益

dBi=dBd+2.15。

相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。

方向性图就是以天线为中心，在远区恒定距离下，天线辐射特性随空间方位变化的图形，是一空间立体模型。

辐射特性是场强，功率密度，相位及极化等，常用的是场强方向图及功率方向图，而且只取两个互相垂直的主平面内的方向图。

电视和调频天线通常以E面和H面的方向图描述天线的方向性。

前者是通过天线中心，平行于天线极化方向与传播方向构成的平面上，给定的极化波场强与射线角度的关系图形。

H面方向图是通过天线中心垂直与E面的平面上，给定的极化波场强与射线角度的关系图形。

水平极化天线的E面方向图称为水平面方向图。

其H面方向图称为垂直方向图。

垂直极化天线的E面为垂直面，H面为水平面。

4、天线的主瓣：

辐射最大方向的波瓣。

5、天线的主瓣宽度：

主板中功率密度为最大值一半的夹角。

6、天线的副瓣：

方向图中除主瓣以外的波瓣。

7、天线的副瓣电平：

副瓣中最大功率密度与主瓣最大功率密度之比的分贝值。

8、天线的前后比：

主瓣最大功率密度与其相反方向副瓣最大功率密度之比的分贝数。

9、天线的方向函数：

方向图的数学表达式。

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五、对广播电视发射天线的常用技术指标要求

1、频率范围：

工作使用频率

2、功率容量：

1w3w5w10w30w50w100w300w500w

1kw3kw5kw10kw

3、驻波比：

≤1.10（甲级），≤1.15（乙级），≤1.20（丙级）。

4、增益：

低等天线增益0－3db

中等天线增益5－7db

高天线增益大于7.5db

超高天线增益大于几十分贝

5、方向性：

全向、异形、定向；

6、极化方式：

水平极化、垂直极化、圆极化

7、输入阻抗：

50Ω、75Ω

8、输入接口：

L系列L16、L27、L36、L52

N系列N16、N7/16

法兰系列IF45、IF70、IF110、IF120?

就土

9、抗风速：

>30米/秒（十级风速）

10、尺寸及重量

六、广播电视发射天线的分类与选择

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1、通常按频率来划分

（１）VHF波段I电视发射天线（48－84MHZ）

单偶极子天线、双偶极子天线、蝙蝠翼天线

（２）调频广播发射天线

双偶极子天线、垂直极化单偶极子全向天线、圆极化天线、蝙蝠翼天线

（３）VHF波段III电视发射天线（167-223MHZ）

四偶极子天线、双偶极子天线、米波缝隙天线

（４）UHF波段天线（470－860MHZ）

四偶极子板状天线、缝隙天线

2、组合型天线系统的构成

（1）辐射单元板；

（2）功率分配器；（3）分馈线；（4）移相器

七、天线的垂直方向性图及能量利用

为了达到良好的覆盖效果，我们可使用计算机对天线系统的垂直面方向性进行优化设计，合理利用电波能量。

天线系统的增益确定后，垂直面方向主要考虑波束下倾和零点填充两个问题。

垂直面的波束下倾和零点填充是广播电视发射天线的关键技术之一，生产厂商必须掌握，使用单位更应该重视。

1、主波束下倾

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为什么要进行主波束下倾？

我们知道地球是圆球形，当天线架设在高处，覆盖半径达到一定距离时，必须把地球的曲率考虑进去。

从图中可看出等幅同相馈电的多层天线的主波束指向垂直于铁塔中垂线，它与地球切线有一个夹角，辐射能量的大部分不能落在服务区内，造成空间能量的损失。

为减少天线向上半空间辐射能量，提高电波能量的利用率，必须将天线主波束下倾一定的角度。

、零点填充2为什么要进行零点填充？

为了提高天线的增益，需要增加天线单元板的近发射塔瓣增多，零值点增多，这样在邻层数，但是随之而来的问题是天线副所示，辐射环带，如图的地区将形成多圈零

零辐射弱，收视效果不好。

层数越多，ｒ1,ｒ2,3）上的用户由于场强ｒ在此环带（点就越多，但影响最大的是第一、第二零点所对应的零辐射环，为了弥补这一缺陷，应对天线系统的第一、第二零点采取填充补偿措施。

、主波束下倾与零点填充的方法3

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工程中常有电气上不采用等幅同相馈电的电气法和机械上采用不共面排列的机械法两种。

最佳的主波束下倾角度及零点填充的幅度，必须根据实际情况，借助计算机综合天线单元的馈电相位或幅相分布才能完成。

八、几种常见天线说明

1、蝙蝠翼天线

该种天线在1946年由前苏联布拉乌德设计的，至今仍广泛被采用。

蝙蝠翼天线是一种旋转场天线（又称为绕杆天线），它是两队蝙蝠翼振子在空间互相垂直，馈以90°相位差的激励电流而构成。

它有很好的水平方向图，较宽的频带及很小的负载，广泛地用作米波段的调频广播和电视的发射天线。

将两对蝙蝠翼振子正交地安装在一根金属支柱上，采用等幅和90°相位差馈电，便构成全向辐射的蝙蝠翼天线（见图）

蝙蝠翼振子常用的一种馈电方法是：

这种馈电方式的优点是两个馈电点的阻抗有大致相反的特性，可使二分支电缆在并联处（一般为功率分配器的输出端）的阻抗得到改善，有利于整个天馈系统的匹配。

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蝙蝠翼天线在水平面的方向图大致是一个圆形（全向），水平方向图的圆度主要于蝙蝠翼振子的等效偶极子长度2a的大小有关。

当2a的大小有关。

当2a＝0.9λ时，水平方向图将变坏到±3dB。

蝙蝠翼天线的垂直方向图，当天线为偶数层（N层）重迭时，将天线分为上下两半部（各为N/2）等幅馈电且下半部天线的馈电电流

的相位滞后上半部天线，则可获得主波束下倾。

蝙蝠翼天线的增益可通过下式进行计算：

λ（倍）S）/·G=1.11（N）λ～1一般选在（式中层间距离S0.95倍）°或者G=61/Q（VQ为垂直方向图主办的半功率夹角V

2、二偶极子调频广播发射天线

及支撑陷波（两对半波偶极子）天线振子二偶极子反射板天线是由反射板，高的地方。

放在高反射板大约λ/4两对半波偶极子采用等幅同相位馈电，器组成。

构成一种定向水平极化的天线。

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该天线是有如下的优点：

结构设计简单，先进合理。

频率带宽很宽，可覆盖调频全段，特别适合于调频的运用。

同时也给现场的安装带天线外部无可调部件，极大地提高了天线的稳定性，来方便。

水平方向可形成圆形或能较好的控制场型，天线单元板可进行积木式组阵，异形场；垂直方向可实现主波束的下倾和零点填充。

“二次相其中最常见的是一种称为天线板组阵后的馈电方式可以是多样的，位补偿”的馈电方式。

这样可以大大的改善整个天馈系统输入端的电压驻波比，同时可抵消由于环境等恶劣气候产生的反射，使天线系统长期稳定的工作。

该天线板是一种定向水平极化的发射天线，为在水平方向可实现定向的辐边行塔上进8边行塔，边行塔上进行安装或可在射，必须将该天线单元板在46行安装。

由于组阵后天线的水平场型圆度受到支撑塔横截面大小的影响，因此，word

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可根据塔横截面的大小来选择天线单元板在塔上进行正置、偏置、斜置等不同的安装方式，以获及较好的水平面场形。

天线单元板在垂直方向的安装可根据用户对垂直面方向图赫增益的要求来选择不同数量的天线板进行组合或者每面安装相同数量的天线板馈以不等的