天馈系统

更新时间:2023-12-07 09:47

天馈系统是指天线向周围空间辐射电磁波的系统。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:垂直极化和水平极化。

系统介绍

天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力,这就是天线的方向性。衡量天线方向性通常使用方向图,在水平面上,辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线,有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。全向天线由于其无方向性,所以多用在点对多点通信的中心台。定向天线由于具有最大辐射或接收方向,因此能量集中,增益相对全向天线要高,适合于远距离点对点通信,同时由于具有方向性,抗干扰能力比较强。

天馈系统主要包括天线和馈线系统两大类。

天线

主要包括

(a) 吸盘天线:价格适中、安装方便、增益适中,适合于安装在移动车辆上,或吸附在金属物体上。一般增益在2.6dB、5 dB等几种。

(b) 防盗天线:价格适中、安装方便、增益同吸盘天线,安装在金属箱体外时从箱体外无法拆除,故名为防盗天线。

(c) 低增益全向天线:增益为3.5dB,安装需有固定支架,适合远距离多点传输。

(d) 高增益全向天线:增益为8.5dB,安装需有固定支架,适合远距离多点传输。

(e) 定向天线:增益很高,为12dB,安装需有固定支架,适合远距离固定方向传输。

馈线

主要包括

(a) 50―3(阻抗50Ω,截面3)的馈线损耗为0.2dB/m.

(b) 50―7(阻抗50Ω,截面7)的馈线损耗为0.1dB/m

(c) 50―9(阻抗50Ω,截面9)的馈线损耗为0.07dB/m。

馈线是连接电台与天线的重要设备。不同粗细、不同质量的馈线对通信距离会产生很大的影响。

信号在馈线里传输,除有导体的电阻性损耗外,还有绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。

因此,应合理布局尽量缩短馈线长度。

电馈系统原理

特性阻抗

无限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输线的特性阻抗,用Z0 表示。 同轴电缆的特性阻抗的计算公式为 :Z0=〔60/√εr〕×Ln( D/d ) [ 欧] 式中:D 为同轴电缆外导体铜网内径;d 为同轴电缆芯线外径;εr为导体间绝缘介质的相对介电常数。通常Z0 = 50 欧 ,也有Z0 = 75 欧的。 由公式不难看出,馈线特性阻抗只与导体直径D和d的比值以及导体间介质的介电常数εr有关,而与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗无关。

介质损耗

信号在馈线里传输,除有导体的电阻性损耗外,还有绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。因此,应合理布局尽量缩短馈线长度。

单位长度产生的损耗的大小用衰减系数 β 表示,其单位为 dB / m (分贝/米),电缆技术说明书上的单位大都用 dB / 100 m(分贝/百米)。 设输入到馈线的功率为P1 ,从长度为 L(m ) 的馈线输出的功率为P2 ,传输损耗TL可表示为:TL = 10 ×Lg ( P1 /P2 ) ( dB )

衰减系数为:β = TL / L ( dB / m )

例如, NOKIA 7 / 8英寸低耗电缆, 900MHz 时衰减系数为 β = 4.1 dB / 100 m ,也可写成β = 3 dB / 73 m , 也就是说, 频率为 900MHz 的信号功率,每经过 73 m 长的这种电缆时,功率要少一半。 而普通的非低耗电缆,例如, SYV-9-50-1, 900MHz 时衰减系数为 β = 20.1 dB / 100 m ,也可写成 β = 3 dB / 15 m , 也就是说, 频率为 900MHz 的信号功率,每经过15 m 长的这种电缆时,功率就要少一半。

匹配概念

什么叫匹配?简单地说,馈线终端所接负载阻抗ZL 等于馈线特性阻抗Z0 时,称为馈线终端是匹配连接的。匹配时,馈线上只存在传向终端负载的入射波,而没有由终端负载产生的反射波,因此,当天线作为终端负载时,匹配能保证天线取得全部信号功率。当天线阻抗为50欧时,与50欧的电缆是匹配的,而当天线阻抗为80欧时,与50欧的电缆是不匹配的。

,如果天线振子直径较粗,天线输入阻抗随频率的变化较小,容易和馈线保持匹配,这时天线的工作频率范围就较宽。反之,则较窄。在实际工作中,天线的输入阻抗还会受到周围物体的影响。为了使馈线与天线良好匹配,在架设天线时还需要通过测量,适当地调整天线的局部结构,或加装匹配装置。

反射损耗

前面已指出,当馈线和天线匹配时,馈线上没有反射波,只有入射波,即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。这时,馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等,馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗.

而当天线和馈线不匹配时,也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时,负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量,而不能全部吸收,未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。

电压驻波比 在不匹配的情况下, 馈线上同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方,电压振幅相加为最大电压振幅Vmax ,形成波腹;而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Vmin ,形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。

反射波电压和入射波电压幅度之比叫作反射系数,记为 R i@ `N

反射波幅度 (ZL-Z0) ~,_5w7|0u,

R = ───── = ─────── 'iyL!b

入射波幅度 (ZL+Z0 )

波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数,也叫电压驻波比,记为 VSWR

波腹电压幅度Vmax (1 + R)

波节电压辐度Vmin (1 - R)

终端负载阻抗ZL 和特性阻抗Z0 越接近,反射系数 R 越小,驻波比VSWR 越接近于1,匹配也就越好。 爱立信

天馈系统就天线系统和馈线系统的合称.

知识问答

天线工作原理及作用是什么

答:天线作为无线通信不可缺少的一部分,其基本功能是发射和接收无线电波。发射时,把高频电流转换为电磁波;接收时,把电磁波转换为高频电流。

天线有多少种类

答:天线品种繁多,主要有下列几种分类方式:

按用途可分为基地台天线(base station antenna)和移动台天线(mobile portable antennas)

按工作频段可划分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微波;

按其方向可划分为全向和定向天线;

如何选择天线

答:天线作为通信系统的重要组成部分,其性能的好坏直接影响通信系统的指标,用户在选择天线时必须首先注重其性能。具体说有两个方面,第一选择天线类型;第二选择天线的电气性能。选择天线类型的意义是:所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求;选择天线电气性能的要求是:选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。因此,用户在选择天线时最好向厂家联系咨询。

什么是天线的增益

答:增益是天线的主要指标之一,它是方向系数与效率的乘积,是天线辐射或接收电波大小的表现。增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求,简单地说,在同等条件下,增益越高,电波传播的距离越远,一般基地台天线采用高增益天线,移动台天线采用低增益天线。

什么是电压驻波比

答:天线输入阻抗和馈线的特性阻抗不一致时,产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成的磁波,其相邻电压的最大值和最小值之比是电压驻波比,它是检验馈线传输效率的依据,电压驻波比小于1.5,在工作频点的电压驻波比小于1.2,电压驻波比过大,将缩短通信距离,而且反射功率将返回发射机功放部分,容易烧坏功放管,影响通信系统正常工作。

电压驻波比 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

传输功率% 100 99.8 99.2 96 88.9 75.0

什么是天线的方向性

答:天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力,这就是天线的方向性。衡量天线方向性通常使用方向图,在水平面上,辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线,有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。全向天线由于其无方向性,所以多用在点对多点通信的中心台。定向天线由于具有最大辐射或接收方向,因此能量集中,增益相对全向天线要高,适合于远距离点对点通信,同时由于具有方向性,抗干扰能力比较强。

如何理解天线的工作频带宽度

答:天线的电参数一般都于工作频率有关,保证电参数指标容许的频率变化范围,即是天线的工作频带宽度。一般全向天线的工作带宽能达到工作频率范围的3-5%,定向天线的工作带宽能达到工作频率的5-10%。

如何选取电缆及电缆长度

答:移动通信系统常使用特性阻抗为50欧的同轴电缆作为馈线。为了有效地把电波传输到天线接口,应尽量减小馈线的传输损耗。传输损耗取决于电缆的直径和长度,同一频率下电缆直径越大,损耗越小,电缆越长损耗越大,原则上,要求电缆的传输损耗不宜超过3分贝。下表列出常用电缆的衰减值(db/m),用户可根据自已情况,合理选择电缆型号及长度。

频率型号 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

进口10D-FB 0.040 0.070 0.110

如何选择天线安装地点

答:由于地形和环境的影响,天线接收到的电磁波是直射波、反射波及散射波的叠加,其结果决定了接收点处的场强幅度和相位,并直接影响天线的应用效果。因此,选择天线架设位置应注意以下几个方面:

1、 天线的发射或接收方向应避开障碍物(楼房、铁塔、桥梁等);

2、 天线架设地点应尽量远离干扰源(高压线、航线、铁塔、公路等);

3、 天线应尽量架设在附近的制高点:

4、 如有几付天线同在一个铁塔上工作,应特别注意它们之间的左右和上下的间距,以防相互耦合影响系统性能。

天馈系统应如何安装

答:首先将天线、馈线和配套零部件按产品说明的要求组装好,然后在天线的支撑位置,用卡具固定于塔杆的天线支架上,并使天线与塔杆的平行间距大于使用波长,减少塔杆对天线性能的影响。在天线端口处,将馈电线用连接器(或称电缆头)与天线接好,弯一个直径约五十倍于馈电线直径的圆环固定于天线支架上,避免连接器部位直接受力而断线或损坏。

天馈系统如何防水

答:天线与馈电线主要是靠连接器连接,采用自粘性橡胶密封带,将其拉伸后,以半搭形式缠绕在接连器上,可起到良好的密封防水作用。另外,在馈电线进入室内处弯一个防水弯,可避免雨水沿馈电线进入室内设备。

如何检测天馈系统

答:天馈系统架设好后,应由专业技术人员使用专用检测仪器进行检测。通常可在发射机和天馈系统之间串接通过式功率计,检验设备发射机功率和反射功率的大小来判断系统工作是否正常。

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