内容极其丰富实用︱常用天线和无源元件概述

1. 天线原理

1.1 天线的定义：一种能够有效地向空间中的特定方向辐射电磁波，或者能够有效地从空间中的特定方向接收电磁波的装置。

1.2 天线功能：能量转换——导波和自由空间波的转换；定向辐射（接收）——具有一定的方向性。

1.3 天线辐射原理

1.4 天线参数

辐射参数
Ø半功率波束宽度，前后比；
偏振法，交叉偏振鉴别率；
方向性系数、天线增益；
主瓣、旁瓣、旁瓣抑制、零点填充、波束下倾……

微电路参数
电压驻波比 VSWR、反射系数 Γ、回波损耗 RL；
输入阻抗 Zin，传输损耗 TL；
ØIsolation Iso;
ØPassive third-order intermodulation PIM3…u天线旁瓣

水平光束宽度

u 前后比：指定定向天线的前向辐射功率与后向±30°辐射功率之比

增益u、天线尺寸和波束宽度之间的关系将天线“压扁”，信号越集中，增益越高，天线尺寸越大，波束宽度越窄；

天线增益的几个关键点：
天线是无源器件，不能产生能量。
天线增益是指有效地集中能量，向特定方向辐射或接收电磁波的能力。

Ø天线的增益是由振荡器的叠加产生的。
增益越高，天线长度越长。

增益增加 3dB，音量翻倍。
Ø天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。

1.5 辐射参数
极化：指电场矢量在空间中的轨迹或变化状态。

1.6 电路参数uReturn 损失

在这个例子中，回波损耗为 10log(10/0.5) = 13dB  驻波比 (VSWR) 是衡量这种现象的另一种方法。

 

   u隔离度：它是极化信号被另一个极化信号接收到的比例。  

u 无源互调（PIM）：当两个频率 f1 和 f2 输入到天线时，由于非线性效应，天线辐射的信号除了频率 f1 和 f2 之外，还包括其他频率，例如 2f1-f2 和 2f2-f1（3 阶）。

2. 天线产品

2.1 天线命名方法

天线类别：
ODP（室外定向板天线）、OOA（室外全向天线）、LCD（室内吸顶天线）、OCS（室外双向天线）、OCA（室外集群天线）、OYI（室外八木天线）、ORA（室外碟形天线）、IWH（室内壁挂式天线）等。

半功率角：032,065,090,105,360（基站天线）020、030、040、050、060、075、090、120、160、360（中继天线）

极化法：R（双极化），V（单极化）

增益：根据实际指标，当前最高值为21dbi。

连接器类型：D (Din head), N (N-type head), S (SMA head), T (TNC head), etc.

频带：规格代码：罗马字母表示产品代数。后面的字母和数字表示ESC的下弯角度、形状、ESC及其他信息。F形形状；V形ESC；RV遥控ESC

2.2 基站天线

全向天线

双频天线

三频天线

2.3 分布式系统天线

烟雾探测器类型天花板天线

灯型吸顶天线

壁挂式天线

八木天线

角反射器天线

抛物面天线

 

   用户天线  

3. 无源元件概述3.1 微波无源元件概述
Ø无源器件分为线性器件和非线性器件。
线性无源元件分为互易型和非互易型。
线性互易分量仅对微波信号进行线性变换，而不改变其频率特性，并满足互易原理。
通常我们所说的被动元件指的是线性互易元件。

3.2 线性倒易分量树状图

3.3 电源分配器
ØA 功率分配器是一种将一个输出信号的能量分成两个或多个输出的设备。
本质上是一个阻抗变换器。
Ø是否可以反过来使用功率分配器来代替合路器？
Ø当用作合成器时，它不仅需要高隔离度和低驻波比，而且还注重承受高功率的要求。

• 考虑到常用腔体功率分配器的输出端口不匹配且存在较大的驻波；微带功率分配器反向可承受低功率，因此我们不建议反向使用功率分配器来代替合路器。
  

3.4 功率分配器的分类

3.5 功率分配器分类比较

3.6 腔体功率分配器的特性
腔体功率分配器采用优质合金作为导体，填​​充介质为空气；
Ø 它可以承受相对较大的功率，高达 200W；而介质损耗和导体损耗基本可以忽略不计，插入损耗也很小，可以小于 0.1dB。
Ø然而，由于没有隔离电阻，输出端口隔离度很小，因此腔体功率分配器不能用作功率合成器。

3.7 功率分配器测试指示器的示意图
如图所示，驻波比可在端口 1 处测量；插入损耗可在端口 2 和 3 处测量。然而，由于腔体功率分配器本身的器件特性，输出端口的驻波和输出端口的隔离度并未作为声明值提出。

4. 耦合器简介4.1 耦合器
ØA 耦合器是一种将输入信号能量的一部分通过电场和磁场耦合分配到耦合端输出，并将剩余部分分配到输出端输出以完成功率分配的组件。
Ø 耦合器的功率分配不均。
也称为功率采样器。

4.2 四端口网络耦合器原理图

4.3 耦合器分类

4.4 定向耦合器
定向耦合器通常用于对特定方向的微波信号进行采样。其主要目的是分离和隔离信号，或者反过来混合不同的信号。当没有内部负载时，定向耦合器通常是一个四端口网络。
定向耦合器通常有两种实现方式：

4.5 腔体耦合器

特色：功率高，损耗低。

原因：
1. 腔体内的填充介质是空气。在传输过程中，空气介质造成的介质损耗要低得多。2. 耦合线条一般由导电性良好的导体（如镀银铜表面）制成，导体损耗基本可以忽略不计。3. 腔体尺寸大，散热快，能承受高功率。

4.6 耦合器指数试验示意图

如图所示，当方向性 = 隔离度 - 耦合度时，数据无法直接读取。

5. 3dB桥简介

5.13dB桥接
3dB桥式耦合器是一种定向耦合器。当用作功率合成器时，两个输入信号连接到相互隔离的端口，耦合输出端口和直通输出端口互为互逆。如果用作两个输出端口，则无论损耗如何，输入信号功率之和都会被分配到两个输出端口。当用作单端口输出时，另一个输出端口必须连接到匹配的功率负载以吸收该端口的输出功率。否则，系统传输特性将受到严重影响，同时还会带来额外的3dB损耗，这将影响系统应用中有源部分的成本和可靠性。

5.2 主要工程应用
主要用于同一频段内不同载波之间的应用融合。
由于电路和处理组件的离散特性，桥式耦合器的输入端口隔离度相对较低，不建议用于不同频段之间的组合应用。

综上所述，在应用多频合并时，除了同一频段内的相邻载波频率（例如GSM下行频段内的相邻载波频率）只能使用3dB桥接器而不适合使用双工/多工合并器外，建议优先使用双工/多工合并器，以提高系统性能指标和可靠性。

5.3 功率分配器与耦合器

6. 组合器简介6.1 合路器

ØFunction:
将多个信号合并成一个信号输出

ØCategory:
按实际组合频段分类

6.2 合路器、桥接器和功率分配器

7. 衰减器简介7.1 衰减器

衰减器是一个双端口互易元件
最常用的衰减器是吸收式衰减器。
Ø同轴衰减器通常用于工程领域，由“π”型或“T”型衰减网络组成。
同轴衰减器通常有两种类型：固定衰减和可变衰减。
衰减器主要用于检测系统中，用于控制信号传输能量并消耗多余的能量，从而扩展信号测量的动态范围，例如功率计、频谱分析仪、放大器、接收器等。

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