天线的极化

本帖最后由 bl7jw 于 2009-12-4 01:39 编辑

天线的极化

6.1.4 天线的极化

天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是
天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化---是最常用的；水平极化---也是要被用到的。

1 双极化天线

下图示出了另两种单极化的情况：+45° 极化与 -45° 极化，它们仅仅在特殊场合下使用。
这样，共有四种单极化了，见下图。把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起，或
者，把 +45° 极化和 -45° 极化两种极化的天线组合在一起，就构成了一种新的天线---双极化天线。

下图示出了两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线，注意，双极化天线有两个接
头. 双极化天线辐射（或接收）两个极化在空间相互正交（垂直）的波。

2 极化损失
垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有水平极化特性的天线
来接收。右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收，而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。

当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都会变小，也就是说，发生
极化损失。例如：当用+ 45° 极化天线接收垂直极化或水平极化波时，或者，当用垂直极化天线接收 +45° 极化或 -45°极化波时，等等情况下，都要产生极化损失。用圆极化天线接收任一线极化波，或者，用线极化天线接收任一圆极化波，等等情况下，也必然发生极化损失------只能接收到来波的一半能量。

当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化
的来波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。

3 极化隔离

理想的极化完全隔离是没有的。馈送到一种极化的天线中去的信号多少总会有那么一点点在
另外一种极化的天线中出现。例如下图所示的双极化天线中，设输入垂直极化天线的功率为10W，结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为 10mW。

6.1.5 天线的输入阻抗 Zin

定义：天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗具有电
阻分量 Rin 和电抗分量 Xin ，即 Zin = Rin + j Xin 。电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取，因此，必须使电抗分量尽可能为零，也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。事实上，即使是设计、调试得很好的天线，其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值。
输入阻抗与天线的结构、尺寸以及工作波长有关，半波对称振子是最重要的基本天线，其输
入阻抗为 Zin = 73.1＋ｊ42.5 (欧) 。当把其长度缩短（３～５）％时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻，此时的输入阻抗为 Zin = 73.1 (欧) ,（标称 75 欧）。
注意，严格的说，纯电阻性的天线输入阻抗只是对点频而言的。

顺便指出，半波折合振子的输入阻抗为半波对称振子的四倍，即

Zin = 280 (欧) ,（标称300欧）。

有趣的是，对于任一天线，人们总可通过天线阻抗调试，在要求的工作频率范围内，使输入阻
抗的虚部很小且实部相当接近 50 欧，从而使得天线的输入阻抗为Zin = Rin = 50 欧------这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。

6.1.6 天线的工作频率范围（频带宽度）

无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围（频带宽度）内工作的，天线的频
带宽度有两种不同的定义------

一种是指：在驻波比SWR ≤ 1.5 条件下，天线的工作频带宽度；

一种是指：天线增益下降 3 分贝范围内的频带宽度。

在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的频带宽度就是天线的驻波比
SWR 不超过 1.5 时，天线的工作频率范围。

一般说来，在工作频带宽度内的各个频率点上, 天线性能是有差异的，但这种差异造成的性能
下降是可以接受的。

6.1.7 移动通信常用的基站天线、直放站天线与室内天线

1 板状天线天线的基本知识

无论是GSM 还是CDMA，板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。这种天线的
优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能可靠以及使用寿命长。