天线工作原理与主要参数

从理论上来讲，2.4GHz 是工作在ISM 频段的一个频段。ISM 频段是工业，科学和医用频段。一般来说世界各国均保留了一些无线频段，以用于工业，科学研究，和微波医疗方面的应用。应用这些频段无需许可证，只需要遵守一定的发射功率(一般低于1W) ，并且不要对其它频段造成干扰即可。 ●ISM 频段在各国的规定并不统一。而2.4GHz 为各国共同的ISM 频段。因此无线局域网(IEEE 802.11b/IEEE 802.11g)，蓝牙，ZigBee 等无线网络，均可工作在

2.4GHz 频段上。

●大家所谓的2.4G 无线技术，其频段处于2.405GHz-2.485GHz(科学、医药、农业) 之间。所以简称为2.4G 无线技术。

●2.4G 免费频段是什么意思?

免费频段，是指各个国家根据各自的实际情况，并考虑尽可能与世界其他国家规定的一致性，而划分出来的一个频段，专门用于工业，医疗以及科学研究使用(ISM频段) ，不需申请而可以免费使用的频段。我们国家的2.4G 频段，就是这样一个频段。然而，为了保证大家都可以合理使用，国家对该频段内的无线收发设备，在不同环境下的使用功率做了相应的限制。例如在城市环境下，发射功率不能超过100mW 。

●2.4G 无线键鼠收发模块转载请注明出自中国无线论坛 http://www.wlanbbs.com/,本贴地址:http://www.wlanbbs.com/thread-102903-1-1.html

天线高度的调整

高度, 调整

天线高度直接与基站的覆盖范围有关。一般来说，我们用仪器测得的信号覆盖范围受两方向因素影响：

一是天线所发直射波所能达到的最远距离；

二是到达该地点的信号强度足以为仪器所捕捉。

900MHz 移动通信是近地表面视线通信，天线所发直射波所能达到的最远距离（S ）直接与收发信天线的高度有关，具体关系式可简化如下：

S=2R(H+h)

其中：R-地球半径，约为6370km ；

H-基站天线的中心点高度；

h-手机或测试仪表的天线高度。

由此可见，基站无线信号所能达到的最远距离（即基站的覆盖范围）是由天线高度决定的。

GSM 网络在建设初期，站点较少，为了保证覆盖，基站天线一般架设得都较高。随着近几年移动通信的迅速发展，基站站点大量增多，在市区已经达到大约500m 左右为一个站。在这种情况下，我们必须减小基站的覆盖范围，降低天线的高度，否则会严重影响我们的网络质量。其影响主要有以下几个方面：

a. 话务不均衡。基站天线过高，会造成该基站的覆盖范围过大，从而造成该基站的话务量很大，而与之相邻的基站由于覆盖较小且被该基站覆盖，话务量较小，不能发挥应有作用，导致话务不均衡。

b. 系统内干扰。基站天线过高，会造成越站无线干扰（主要包括同频干扰及邻频干扰），

引起掉话、串话和有较大杂音等现象，从而导致整个无线通信网络的质量下降。

c. 孤岛效应。孤岛效应是基站覆盖性问题，当基站覆盖在大型水面或多山地区等特殊地形时，由于水面或山峰的反射，使基站在原覆盖范围不变的基础上，在很远处出现" 飞地" ，而与之有切换关系的相邻基站却因地形的阻挡覆盖不到，这样就造成" 飞地" 与相邻基站之间没有切换关系，" 飞地" 因此成为一个孤岛，当手机占用上" 飞地" 覆盖区的信号时，很容易因没有切换关系而引起掉话。

4.2 天线俯仰角的调整

天线俯仰角的调整是网络优化中的一个非常重要的事情。选择合适的俯仰角可以使天线至本小区边界的射线与天线至受干扰小区边界的射线之间处于天线垂直方向图中增益衰减变化最大的部分，从而使受干扰小区的同频及邻频干扰减至最小；另外，选择合适的覆盖范围，使基站实际覆盖范围与预期的设计范围相同，同时加强本覆盖区的信号强度。

在目前的移动通信网络中，由于基站的站点的增多，使得我们在设计市区基站的时候，一般要求其覆盖范围大约为500M 左右，而根据移动通信天线的特性，如果不使天线有一定的俯仰角（或俯仰角偏小）的话，则基站的覆盖范围是会远远大于500M 的，如此则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏大，从而导致小区与小区之间交叉覆盖，相邻切换关系混乱，系统内频率干扰严重；另一方面，如果天线的俯仰角偏大，则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏小，导致小区之间的信号盲区或弱区，同时易导致天线方向图形状的变化（如从鸭梨形变为纺锤形），从而造成严重的系统内干扰。因此，合理设置俯仰角是保证整个移动通信网络质量的基本保证。

一般来说，俯仰角的大小可以由以下公式推算：

θ=arctg(h/R)＋A/2

其中：θ--天线的俯仰角

h--天线的高度

R--小区的覆盖半径

A-天线的垂直平面半功率角

上式是将天线的主瓣方向对准小区边缘时得出的，在实际的调整工作中，一般在由此得出的俯仰角角度的基础上再加上1-2度，使信号更有效地覆盖在本小区之内。

4.3 天线方位角的调整

天线方位角的调整对移动通信的网络质量非常重要。一方面，准确的方位角能保证基站的实际覆盖与所预期的相同，保证整个网络的运行质量；另一方面，依据话务量或网络存在的具体情况对方位角进行适当的调整，可以更好地优化现有的移动通信网络。

根据理想的蜂窝移动通信模型，一个小区的交界处，这样信号相对互补。与此相对应，在现行的GSM 系统（主要指ERICSSON 设备）中，定向站一般被分为三个小区，即： A 小区：方位角度0度，天线指向正北；

B 小区：方位角度120度，天线指向东南；

C 小区：方位角度240度，天线指向西南。

在GSM 建设及规划中，我们一般严格按照上述的规定对天线的方位角进行安装及调整，这也是天线安装的重要标准之一，如果方位角设置与之存在偏差，则易导致基站的实际覆盖与所设计的不相符，导致基站的覆盖范围不合理，从而导致一些意想不到的同频及邻频干扰。 但在实际的GSM 网络中，一方面，由于地形的原因，如大楼、高山、水面等，往往引起信号的折射或反射，从而导致实际覆盖与理想模型存在较大的出入，造成一些区域信号较强，一些区域信号较弱，这时我们可根据网络的实际情况，对所地应天线的方位角进行适当的调整，以保证信号较弱区域的信号强度，达到网络优化的目的；另一方面，由于实际存在的人口密度不同，导致各天线所对应小区的话务不均衡，这时我们可通过调整天线的方位

角，达到均衡话务量的目的。当然，在一般情况下我们并不赞成对天线的方位角进行调整，因为这样可能会造成一定程度的系统内干扰。但在某些特殊情况下，如当地紧急会议或大型公众活动等，导致某些小区话务量特别集中，这时我们可临时对天线的方位角进行调整，以达到均衡话务，优化网络的目的；另外，针对郊区某些信号盲区或弱区，我们亦可通过调整天线的方位角达到优化网络的目的，这时我们应辅以场强测试车对周围信号进行测试，以保证网络的运行质量。转载请注明出自中国无线论坛 http://www.wlanbbs.com/,本贴地址:http://www.wlanbbs.com/thread-13624-1-1.html

天线工作原理与主要参数

参数, 原理

一、天线工作原理与主要参数

天线是任何一个无线电通信系统都不可缺少的重要组成部分。合理慎重地选用天线，可以取得较远的通信距离和良好的通信效果。

(一) 天线的作用

各类无线电设备所要执行的任务虽然不同，但天线在设备中的作用却是基本相同的。任何无线电设备都是通过无线电波来传递信息，因此就必须有能辐射或接收电磁波的装置。所以，天线的第一个作用就是辐射和接收电磁波。当然能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。例如任何高频电路，只要不是完全屏蔽起来的，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或者从周围空间或多或少地接收到电磁波。但是，任意一个高频电路并不一定能作天线，因为它辐射和接收电磁波的效率很低。只有能够有效地辐射和接收电磁波的设备才有可能作为天线使用。天线的另一个作用是”能量转换”。大家知道，发信机通过馈线送入天线的并不是无线电波，收信天线也不能直接把无线电波送入收信机，这里有一个能量的转换过程，即把发信机所产生的高频振荡电流经馈线送入天线输入端，天线要把高频电流转换为空间高频电磁波，以波的形式向周围空间辐射。反之在接收时，也是通过收信天线把截获的高频电磁波的能量转换成高频电流的能量后，再送给收信机。显然这里有一个转换效率问题。天线增益越高，则转换效率就越高。

(二) 天线的分类

天线的形式繁多，按其用途可以分为发信天线和收信天线；按使用波段可以分为长、中、短、超短波天线和微波天线、微带天线等。此外，我们还可按其工作原理和结构来进行分类。 为便于分析和研究天线的性能，一般把天线按其结构形式分为两大类：一类是半径远小于波长的金属导线构成的线状天线，另一类是用尺寸大于波长的金属或介质面构成的面状天线。线状天线主要用于长、中、短波频段，面状天线主要用于厘米或毫米波频段；甚高频段一般以线状天线为主，而特高频段则线、面状天线兼用。线状天线和面状天线的基本工作原理是相同的。

(三) 天线的工作原理

天线本身就是一个振荡器，但又与普通的LC 振荡回路不同，它是普通振荡回路的变形。图

1-9示出了它的演变过程。

图中LC 是发信机的振荡回路。如图1-9(a)所示，电场集中在电容器的两个极板之中，而磁场则分布在电感线圈的有限空间里，电磁波显然不能向广阔空间辐射。如果将振荡电路展开，使电磁场分布于空间很大的范围，如图1-9(b)、(c)所示，这就创造了有利于辐射的条件；于是，来自发信机的、已调制的高频信号电流由馈线送到天线上，并经天线把高频电流能量转变为相应的电磁波能量，向空间辐射，如图1-9(d)所示。

电磁波的能量从发信天线辐射出去以后，将沿地表面所有方向向前传播。若在交变电磁场中放置一导线，由于磁力线切割导线，就在导线两端激励一定的交变电压——电动势，其频率与发信频率相同。若将该导线通过馈线与收信机相连，在收信机中就可以获得已调波信号的电流。因此，这个导线就起了接收电磁波能量并转变为高频信号电流能量的作用，所以称此导线为收信天线。无论是发信天线还是收信天线，它们都属于能量变换器，“可逆性”是一般能量变换器的特性。同样一副天线，它既可作为发信天线使用，也可作为收信天线使用，通信设备一般都是收、发共同用一根天线。因此，同一根天线既关系到发信系统的有效能量输出，又直接影响着收信系统的性能。

天线的可逆性不仅表现在发信天线可以用作收信天线，收信天线可以用作发信天线，并且表现在天线用作发信天线时的参数，与用作收信天线时的参数保持不变，这就是天线的互易原理。

为便于讨论，常将天线作为发信天线来分析，所得结论同样适用于该天线用作收信天线的情况。

立体电场等效图

5. 输入阻抗

为使天线能获得最多的功率，应使天线与馈线匹配，就需要知道天线的输入阻抗。天线的输入阻抗Zin 为输入端电压与输入端电流之比。即

输入阻抗一般包括输入电阻和输入电抗。输入电阻对应于天线辐射的功率和天线系统损耗的功率，即

Rin=Rro+Rs

Rs 为从输入端计算的损耗电阻，输入电抗对应于天线周围感应场的无功功率。

6. 工作频带

天线工作频带的含义与电路频带的含义相类似，它是指天线在工作时能符合某种技术要求的频率范围。对于只有一个频率或几个频率相距很近的通信设备而言，天线的频带宽度无需考虑。但对于具有两个以上频率，而且频差又较大的通信设备，就不能不考虑天线的频带宽度。

二、通信设备常用天线与架设

通信设备天线的种类较多，其性能也有所不同。就通信设备体积大小和移动性能而言，天线则有基地固定式通信设备天线、车载式通信设备天线和便携袖珍式通信设备天线等。

(一) 基地固定式通信设备天线

由于基地或固定式通信设备具有一定的通信范围要求加之下属移动通信设备天线较矮的缘故，为保证视距范围内的通信，要求基地或固定式通信设备的天线架设应尽量高，一般架设在高层建筑物的顶部或铁塔上。

1. 常用天线种类

(1)J型天线 它是将同轴线的芯线伸长而成。天线部分长度为λ/2(λ为波长) ，末端馈电借λ/4长的阻抗变换器与同轴馈线阻抗匹配，如图1-12(a)所示，图(b)是为了防止雷击而把电缆芯线与外皮对调而成。

(2)同轴偶极天线 它是用同轴线的外套与芯线伸长部分组成一个半波垂直振子，在半波振子的中点接入同轴馈电线而成，如图1-13(a)所示。

(3)布朗天线它是将半波偶极天线下半部分导体改成四根辐向线，垂直辐射部分折叠接地而成，如图1-13(b)所示。这样制作既能提高天线输入阻抗与工作带宽，又能起防雷击作用。

图1-14 引向天线

(4)引向天线 它是由一根有源振子和几根无源振子(引向器和反射器) 组成的寄生天线。一般有源振子长度为半波谐振长度，引向器较有源振子约短5～15%，反射器较有源振子约长5～15%，反射器与有源振子问的距商为(0.1～0.25) λ，引向器与有源振子间距离为(0.1～0.34) λ，其型式之一如图1-14所示。

(5)全向高增益天线 将半波振子垂直的二单元、四单元或六单元排列组阵，水平方向图没有变化，依旧为一个圆，而垂直方向性将增强，因而可以获得全向高增益天线。

当工作频率比较高时，高增益天线还可以使用交叉连接同轴电缆段来组成，每段电缆的内导体和相邻电缆的外导体交替连接，每段电缆的长度等于电缆中电波的半波长，外皮上的电流分布相位相同。串联后的同轴电缆全部安装在玻璃钢套管内密封，下面用电缆引出。

2. 天线架设

1) 天线尽可能架设到高处，使电波传播距离增加。这点对在城市中使用的超短波通信设备而言，尤其重要。

2) 架设天线要避开周围障碍物，力求做到在通信方向上无阻挡。对输电线铁塔等小障碍物要离开天线一定的距离，最好不要位于通信方向上；对高地的陡峭斜坡、金属、石头和钢筋混凝土建筑等大障碍物，则要求离开天线的距离越远越好。

3) 天线夹板应夹于天线内部接线器部分，不应该夹于天线发射体上，以免影响天线的性能。

4) 高频电缆不要笔直垂下，最好绕一圈，如图1-16所示。固定后，使受力分散，同时也有避雷作用。

5) 高频电缆的外层较柔软，当心了损，以免屏蔽线外露。

6) 天线与高频电缆通常是用联接器连接的，必须旋接紧密，卷上防水胶带，防止水渗入(在防水胶带外再包上塑料胶带就更可靠了) 。

7) 在多雷电地区，要装置避雷针。装置的避雷针在条件允许下应尽量离天线远一些，以免影响天线方向性，并高于天线，且保护角应小于45o(即避雷针顶点与天线顶点的连线同避雷针的夹角小于45o) 。避雷针一定要连接大地(接地电阻越小越好) ，通信设备电源的地线也应接地。

2. 车载天线的安装

1) 安装前，先用万用表检查一下天线和同轴联接器中心的导通情况，同轴联接器的外部和中心的绝缘情况。

2) 通信设备装车使用时，天线通常安装在车顶。对于铁壳汽车，天线通常将车顶作为地网，装置时应充分确认连接好地线。

3) 装车使用时，电缆线可通过车梁引入车内。如由车罩的空隙引入，最好利用发动机室的假孔；如从窗外引入，必须注意车门窗户的启闭不要损伤电缆。

4) 装车使用时，在起伏地带及城市内，特别是大城市内会发生直射电波、反射电波、折射电波的叠加，产生多径效应，从而出现电波的衰落及分布起伏现象。这种现象表现为通信设备收信效果的好坏，会随着通信设备位置的移动而变化。有些地方收信很差，移动几m 就可能变得很好。这时，汽车应在附近移动一下，找到通信效果最好的位置。

5) 通信设备装车使用时，因天线高度很低，不要把车停在沿通信方向线上的障碍物附近或高压输电线下面。

6) 当一辆车顶装多副天线时，应将其间距离尽量拉大。这样既能减少相互干扰，又能提高天线无线电波辐射效率。

7) 利用车载天线架设简易基地台。

(a)应架设地网(通常采用铁板制成) 。

(b)天线架设越高(例如房顶、山顶等) ，通信距离将增加，甚至超过额定距离。

(c)如果条件许可，应将天线架设在面向通信方向的山坡上或侧面斜坡上。

(d)天线架设在草房、木房或一般砖木结构房屋内，对通信能力影响较小，但在石头或钢筋混凝土建筑物内架设天线，则影响很大。这时应尽可能将天线置于房顶层(但不要在正好有金属结构的屋顶下) ，或选择朝向通信方向的窗口处。

(8)当天线周围有强烈干扰(特别是汽车火花干扰等) 时，应设法更换天线的架设位置。

(三) 便携或袖珍式通信设备天线

1. 常用天线种类

(1)鞭状天线 它是便携或袖珍式通信设备最常用的一种天线，也是天线中最简单、最基本的型式。常用的有拉杆式，接杆式和蛇骨式。

鞭状天线在水平面内是全方向性的，它在水平面内的辐射图形近似于一个以鞭状天线为中心的圆。但是，由于人体效应影响了辐射图形，形成了一定的方向性。

(2)螺旋天线 它与鞭状天线一样，也是便携或袖珍式通信设备常用天线之一如手持试对讲机基本采用螺旋天线。它的最大辐射方向在垂直于螺旋轴的平面上，即在水平面内天线为全方向性。螺旋天线与λ/4鞭状天线相比，虽然增益稍低了一些，但是天线的长度可缩短2/3或更多，而且仍然保持“自谐振”，携带也更方便。

2. 使用注意事项

1) 在通信距离不远或信号较强时，通信设备方向性一般情况下不明显，通信双方应使天线互相背向倾斜；当不易辨别通信方向时，可将通信设备缓转，确定一个最佳可听度方向。

2) 在低凹地方通信时，应使天线高出地面一定的长度，

(四) 通信设备天线的维护

由于天线长期在室外恶劣气候条件下使用，所以定期维护是非常必要的。应在相应的部位上定期涂漆、涂油、密封，尤其是电接触部位。如发现有氧化腐蚀现象，应及时采取措施，用以密封的橡胶零件，如发现老化开裂，应及时更换。转载请注明出自中国无线论坛 http://www.wlanbbs.com/,本贴地址:http://www.wlanbbs.com/thread-13212-1-1.html