- 易迪拓培训,专注于微波、射频、天线设计工程师的培养
8 手机学微波 抛物面天线和手电筒的原理
录入：edatop.com 点击：
微波站接收或发送信号，都需要天线。为了使发送端和接收端的天线在视距范围内，天线一般架的很高，在楼顶或铁塔上面。天线是一个转换器。在发送方向上，放大器输出的射频频段信号耦合到天线，然后转换为电磁能量以波的形式向空中辐射；接收方向上，天线接收空间的的电磁波信号，把其电磁波能量通过天线转换为电信号，并将其送到接收放大器的输入端。所以天线是传输线向自由空间或从自由空间至传输线的转换接口。现在我们通常使用抛物面天线。
抛物面天线主要由三大部分组成：抛物面反射器、馈源、安装托架。实质上，馈源就是个初级天线，朝着反射器辐射电磁波。反射器是个无源装置，只是将位于焦点的馈源辐射出的能量进行反射，反射出的波束具有一定的方向性，且在与传播方向垂直的平面上相位相同。
还是这么说吧。天线原理和我们最早的家用电器手电筒的光学原理十分类似。小电灯泡就是馈源，手电筒头上的聚光器（小铝碗）就是天线。手电筒的亮度取决于：1、头大（天线口径大）、2、灯泡大（馈源效率高）、3筒长电池多（放大器功率大）
微波天线分类:
1.按照安装方式分为: 直扣式天线和分离式天线
直扣式天线安装时可将ODU直接扣在天线
分离式天线安装时是将ODU安装在ODU适配器上，适配器固定在铁塔上，天线与ODU适配器通过软波导进行连接。
图1 直扣，分离式安装示意图
2.按照极化方式分为:双极化天线和单极化天线
单极化天线:可以发送或接收一个极化方向的电磁波
双极化天线:可以同时发送与接收一路水平方向的电磁波和一路垂直方向的电磁波
图2 单极化，双极化天线示意图（上图为双极化天线，下图为单极化天线）
天线指标:
? 天线增益
天线增益可衡量天线辐射能量的集中程度,表示天线在空间某点的功率与一理想(无方向性)天线在同一点的功率之比,单位为dBi 
其中 Gain 单位dB
F 单位 GHz
D 单位 m
η(天线效率)=天线的辐射功率/天线的输入功率
由公式可知,当频率一定时,天线口径增加一倍,天线增益增加6dB,当天线口径一定时,频率增加一倍,天线增益也增加6dB?
? 天线RPE
在建议ETSI 302 217中对天线的RPE等级进行了定义，RPE图是对天线在不同方位角上增益的要求，如下图所示，图中纵坐标为天线增益，横坐标为方位角，天线辐射方向图在包络要求的范围内则满足RPE要求，等级越高则天线性能越好。你可以想象两个不同大小的手电筒照向夜空，质量好的，则照的远，光柱集中；差的则照不远，光柱散。RPE某种意义上反映了天线能量的集中度。天线增益越高，则天线的能量集中度越高。下一个指标中半功率角越散。
图3 天线RPE图
? 半功率波束角
半功率波束角是指接收天线功率下降一半，所对应的方位角,如下图所示
图4 半功率波束角
? 前后比
方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为 F / B 。前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小，对天线的前后比F/B有要求时，其典型值为（18 ~30）dB，特殊情况下则要求达（35~40）dB 。
图5 天线前后比图
? 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。
图6 极化示意图
? XPD(交叉极化鉴别率)
在使用双极化天线时两个极化方向的信号同时从天线发出，为了防止两个信号互相干扰引起失真，需要对信号间的隔离度进行规定，这个隔离度就由XPD来表示
XPD=10lg(P0/Px)dB
其中P0为对同极化波的接收功率, Px为对异极化波的接收功率
XPD一般要求>30dB，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。如某一双极化天线中，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，其隔离度为30dB。
