天饋系統

天線向周圍空間輻射電磁波

天饋系統是指天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構成。人們規定:電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況:垂直極化和水平極化。

系統介紹


線空具輻射收,線。衡量線方向圖,在水平面上,輻射與接收無最大方向的天線稱為全向天線,有一個或多個最大方向的天線稱為定向天線。全向天線由於其無方向性,所以多用在點對多點通信的中心台。定向天線由於具有最大輻射或接收方向,因此能量集中,增益相對全向天線要高,適合於遠距離點對點通信,同時由於具有方向性,抗干擾能力比較強。
饋系統包括線饋線系統類。

天線

包括
a) 吸盤天線:價格適中、安裝方便、增益適中,適合於安裝在移動車輛上,或吸附在金屬物體上。一般增益在2.6dB、5 dB等幾種。
b) 防盜天線:價格適中、安裝方便、增益同吸盤天線,安裝在金屬箱體外時從箱體外無法拆除,故名為防盜天線。
c) 低增益全向天線:增益為3.5dB,安裝需有固定支架,適合遠距離多點傳輸。
d) 高增益全向天線:增益為8.5dB,安裝需有固定支架,適合遠距離多點傳輸。
e) 定向天線:增益很高,為12dB,安裝需有固定支架,適合遠距離固定方向傳輸。

饋線

主要包括
a) 50―3(阻抗50Ω,截面3)的饋線損耗為0.2dB/m.
b) 50―7(阻抗50Ω,截面7)的饋線損耗為0.1dB/m
c) 50―9(阻抗50Ω,截面9)的饋線損耗為0.07dB/m。
饋線是連接電台與天線的重要設備。不同粗細、不同質量的饋線對通信距離會產生很大的影響。
信號在饋線里傳輸,除有導體的電阻性損耗外,還有絕緣材料的介質損耗。這兩種損耗隨饋線長度的增加和工作頻率的提高而增加。
因此,應合理布局盡量縮短饋線長度。
天饋系統
天饋系統

電饋系統原理


特性阻抗

無限長傳輸線上各處的電壓與電流的比值定義為傳輸線的特性阻抗,用Z0 表示。同軸電纜的特性阻抗的計算公式為:Z0=〔60/√εr〕×Ln( D/d ) [ 歐] 式中:D 為同軸電纜外導體銅網內徑;d 為同軸電纜芯線外徑;εr為導體間絕緣介質的相對介電常數。通常Z0 = 50 歐,也有Z0 = 75 歐的。由公式不難看出,饋線特性阻抗只與導體直徑D和d的比值以及導體間介質的介電常數εr有關,而與饋線長短、工作頻率以及饋線終端所接負載阻抗無關。

介質損耗

單位長度產生的損耗的大小用衰減係數 β 表示,其單位為 dB / m (分貝/米),電纜技術說明書上的單位大都用 dB / 100 m(分貝/百米)。設輸入到饋線的功率為P1 ,從長度為 L(m )的饋線輸出的功率為P2 ,傳輸損耗TL可表示為:TL = 10 ×Lg ( P1 /P2 ) ( dB )
衰減係數為:β = TL / L ( dB / m )
例如, NOKIA 7 / 8英寸低耗電纜, 900MHz 時衰減係數為 β = 4.1 dB / 100 m ,也可寫成β = 3 dB / 73 m ,也就是說,頻率為 900MHz 的信號功率,每經過 73 m 長的這種電纜時,功率要少一半。而普通的非低耗電纜,例如, SYV-9-50-1, 900MHz 時衰減係數為 β = 20.1 dB / 100 m ,也可寫成 β = 3 dB / 15 m ,也就是說,頻率為 900MHz 的信號功率,每經過15 m 長的這種電纜時,功率就要少一半。

匹配概念

什麼叫匹配?簡單地說,饋線終端所接負載阻抗ZL 等於饋線特性阻抗Z0 時,稱為饋線終端是匹配連接的。匹配時,饋線上只存在傳向終端負載的入射波,而沒有由終端負載產生的反射波,因此,當天線作為終端負載時,匹配能保證天線取得全部信號功率。當天線阻抗為50歐時,與50歐的電纜是匹配的,而當天線阻抗為80歐時,與50歐的電纜是不匹配的。
如果天線振子直徑較粗,天線輸入阻抗隨頻率的變化較小,容易和饋線保持匹配,這時天線的工作頻率範圍就較寬。反之,則較窄。在實際工作中,天線的輸入阻抗還會受到周圍物體的影響。為了使饋線與天線良好匹配,在架設天線時還需要通過測量,適當地調整天線的局部結構,或加裝匹配裝置。
天饋系統
天饋系統

反射損耗

前面已指出,當饋線和天線匹配時,饋線上沒有反射波,只有入射波,即饋線上傳輸的只是向天線方向行進的波。這時,饋線上各處的電壓幅度與電流幅度都相等,饋線上任意一點的阻抗都等於它的特性阻抗。
而當天線和饋線不匹配時,也就是天線阻抗不等於饋線特性阻抗時,負載就只能吸收饋線上傳輸的部分高頻能量,而不能全部吸收,未被吸收的那部分能量將反射回去形成反射波。
電壓駐波比在不匹配的情況下, 饋線上同時存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方,電壓振幅相加為最大電壓振幅Vmax ,形成波腹;而在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅Vmin,形成波節。其它各點的振幅值則介于波腹與波節之間。這種合成波稱為行駐波。
反射波電壓和入射波電壓幅度之比叫作反射係數,記為 R i@ `$CN
反射波幅度(ZL-Z0) ~,_5w7|0u,[
R = ───── = ─────── 'iy$oL!b
入射波幅度(ZL+Z0 )
波腹電壓與波節電壓幅度之比稱為駐波係數,也叫電壓駐波比,記為 VSWR
波腹電壓幅度Vmax (1 + R)
波節電壓輻度Vmin (1 - R)
終端負載阻抗ZL 和特性阻抗Z0 越接近,反射係數 R 越小,駐波比VSWR 越接近於1,匹配也就越好。愛立信
天饋系統就天線系統和饋線系統的合稱.

知識問答


天線工作原理及作用是什麼
答:天線作為無線通信不可缺少的一部分,其基本功能是輻射和接收無線電波。發射時,把高頻電流轉換為電磁波;接收時,把電磁波轉換為高頻電流。
天線有多少種類
答:天線品種繁多,主要有下列幾種分類方式:
按用途可分為基地台天線(base station antenna)和移動台天線(mobile portable antennas)
按工作頻段可劃分為超長波、長波中波、短波、超短波和微波;
按其方向可劃分為全向和定向天線;
如何選擇天線
答:天線作為通信系統的重要組成部分,其性能的好壞直接影響通信系統的指標,用戶在選擇天線時必須首先注重其性能。具體說有兩個方面,第一選擇天線類型;第二選擇天線的電氣性能。選擇天線類型的意義是:所選天線的方向圖是否符合系統設計中電波覆蓋的要求;選擇天線電氣性能的要求是:選擇天線的頻率帶寬、增益、額定功率等電氣指標是否符合系統設計要求。因此,用戶在選擇天線時最好向廠家聯繫諮詢。
什麼是天線的增益
答:增益是天線的主要指標之一,它是方向係數與效率的乘積,是天線輻射或接收電波大小的表現。增益大小的選擇取決於系統設計對電波覆蓋區域的要求,簡單地說,在同等條件下,增益越高,電波傳播的距離越遠,一般基地台天線採用高增益天線,移動台天線採用低增益天線
什麼是電壓駐波比
答:天線輸入阻抗和饋線的特性阻抗不一致時,產生的反射波和入射波在饋線上疊加形成的磁波,其相鄰電壓的最大值和最小值之比是電壓駐波比,它是檢驗饋線傳輸效率的依據,電壓駐波比小於1.5,在工作頻點的電壓駐波比小於1.2,電壓駐波比過大,將縮短通信距離,而且反射功率將返回發射機功放部分,容易燒壞功放管,影響通信系統正常工作。
電壓駐波比 1.0 1.1 1.2 1.5 2.0 3.0
反射功率% 0 0.2 0.8 4.0 11.1 25.0
傳輸功率% 100 99.8 99.2 96 88.9 75.0
如何理解天線的工作頻帶寬度
答:天線的電參數一般都於工作頻率有關,保證電參數指標容許的頻率變化範圍,即是天線的工作頻帶寬度。一般全向天線的工作帶寬能達到工作頻率範圍的3-5%,定向天線的工作帶寬能達到工作頻率的5-10%。
天饋系統
天饋系統
如何選取電纜及電纜長度
答:移動通信系統常使用特性阻抗為50歐的同軸電纜作為饋線。為了有效地把電波傳輸到天線介面,應盡量減小饋線的傳輸損耗。傳輸損耗取決於電纜的直徑和長度,同一頻率下電纜直徑越大,損耗越小,電纜越長損耗越大,原則上,要求電纜的傳輸損耗不宜超過3分貝。下表列出常用電纜的衰減值(db/m),用戶可根據自已情況,合理選擇電纜型號及長度。
頻率型號 150MHz 400MHz 900MHz
SYV-50-7 0.121 0.203 0.295
CTC-50-7 0.060 0.100 0.165
CTC-50-9 0.050 0.085 0.135
CTC-50-12 0.040 0.060 0.105
進口10D-FB 0.040 0.070 0.110
如何選擇天線安裝地點
答:由於地形和環境的影響,天線接收到的電磁波是直射波、反射波及散射波的疊加,其結果決定了接收點處的場強幅度和相位,並直接影響天線的應用效果。因此,選擇天線架設位置應注意以下幾個方面:
1、天線的發射或接收方嚮應避開障礙物(樓房、鐵塔、橋樑等);
2、天線架設地點應盡量遠離干擾源(高壓線、航線、鐵塔、公路等);
3、天線應盡量架設在附近的制高點:
4、如有幾付天線同在一個鐵塔上工作,應特別注意它們之間的左右和上下的間距,以防相互耦合影響系統性能。
天饋系統應如何安裝
答:首先將天線、饋線和配套零部件按產品說明的要求組裝好,然後在天線的支撐位置,用卡具固定於塔桿的天線支架上,並使天線與塔桿的平行間距大於使用波長,減少塔桿對天線性能的影響。在天線埠處,將饋電線用連接器(或稱電纜頭)與天線接好,彎一個直徑約五十倍於饋電線直徑的圓環固定於天線支架上,避免連接器部位直接受力而斷線或損壞。
天饋系統
天饋系統
天饋系統如何防水
答:天線與饋電線主要是靠連接器連接,採用自粘性橡膠密封帶,將其拉伸后,以半搭形式纏繞在接連器上,可起到良好的密封防水作用。另外,在饋電線進入室內處彎一個防水彎,可避免雨水沿饋電線進入室內設備。
如何檢測天饋系統
答:天饋系統架設好后,應由專業技術人員使用專用檢測儀器進行檢測。通常可在發射機和天饋系統之間串接通過式功率計,檢驗設備發射機功率和反射功率的大小來判斷系統工作是否正常。