关于天线传输馈线的基本知识介绍

关于天线传输馈线的基本知识介绍

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。

1、 传输线的特性阻抗

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 〕×Log ( 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 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。

2、 馈线的衰减系数

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。

3、 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。

4、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。

5、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

反射波幅度 (ZL -Z0)

R = ───── = ──────

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)

VSWR = ───────-- = ────--------

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。

6、天线驻波比

天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接,最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗,这时馈线终端没有功率反射,馈线上没有驻波,天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量,使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数,行波系数,驻波比和回波损耗,四个参数之间有固定的数值关系,使用那一个纯出于习惯。在我们日常维护中,用的较多的是驻波比和回波损耗。一般移动通信天线的输入阻抗为50欧。 驻波比:它是行波系数的倒数,其值在1到无穷大之间。驻波比为1,表示完全匹配;驻波比为无穷大表示全反射,完全失配。在移动通信系统中,一般要求驻波比小于1.5,但实际应用中VSWR 应小于1.2。过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大,影响基站的服务性能。

回波损耗:它是反射系数绝对值的倒数,以分贝值表示。回波损耗的值在0dB

的到无穷大之间,回波损耗越大表示匹配越差,回波损耗越大表

示匹配越好。0表示全反射,无穷大表示完全匹配。在

移动通信系统中,一般要求回波损耗大于14dB。

关于天线传输馈线的基本知识介绍

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。

1、 传输线的特性阻抗

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 〕×Log ( 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 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。

2、 馈线的衰减系数

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。

3、 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。

4、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。

5、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

反射波幅度 (ZL -Z0)

R = ───── = ──────

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)

VSWR = ───────-- = ────--------

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。

6、天线驻波比

天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接,最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗,这时馈线终端没有功率反射,馈线上没有驻波,天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量,使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数,行波系数,驻波比和回波损耗,四个参数之间有固定的数值关系,使用那一个纯出于习惯。在我们日常维护中,用的较多的是驻波比和回波损耗。一般移动通信天线的输入阻抗为50欧。 驻波比:它是行波系数的倒数,其值在1到无穷大之间。驻波比为1,表示完全匹配;驻波比为无穷大表示全反射,完全失配。在移动通信系统中,一般要求驻波比小于1.5,但实际应用中VSWR 应小于1.2。过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大,影响基站的服务性能。

回波损耗:它是反射系数绝对值的倒数,以分贝值表示。回波损耗的值在0dB

的到无穷大之间,回波损耗越大表示匹配越差,回波损耗越大表

示匹配越好。0表示全反射,无穷大表示完全匹配。在

移动通信系统中,一般要求回波损耗大于14dB。


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