《天线设计基础》课件

天线设计基础欢迎来到天线设计基础课程本课程将带您深入了解天线的工作原理、性能参数和各种常见天线结构的设计方法让我们一起探索这个fascinating的无线通信世界！课程目标掌握天线基本原理熟悉天线性能参数12理解天线的工作机制和关键学习评估和优化天线性能的概念关键指标了解常见天线结构掌握天线设计方法34探索各种天线类型及其应用学习设计和优化不同类型天场景线的技巧什么是天线定义功能天线是一种将电磁波在导向媒质与自由空间之间进行转换的发射模式将电能转换为电磁波辐射到空间装置接收模式捕获空间电磁波并转换为电能天线基本工作原理电流振荡交变电流在天线导体中产生振荡电磁场产生振荡电流在天线周围产生变化的电磁场电磁波辐射电磁场以电磁波形式向外传播信息传递电磁波携带信息在空间传播天线的辐射模式定义表现形式天线在空间各个方向上辐射能量的分布特性通常用三维立体图或二维剖面图表示主瓣副瓣辐射最强的方向，决定天线的主要工作方向次要辐射方向，通常希望尽量减小天线的指向性概念度量天线将能量集中在特定方向上辐射通常用方向性系数或半功率波束宽的能力度表示应用高指向性天线用于点对点通信，低指向性用于广播天线的增益增益定义1天线在特定方向上的辐射强度与理想全向天线的比值单位2通常用dBi（相对于全向天线）或dBd（相对于半波偶极子）表示影响因素3天线的指向性和效率共同决定增益应用考虑4高增益天线适用于远距离通信，但覆盖范围较窄天线的极化定义主要类型电磁波电场矢量随时间变化的轨迹特性•线性极化（水平或垂直）•圆极化（左旋或右旋）•椭圆极化天线的阻抗复阻抗匹配重要性天线输入端的电阻和电抗组阻抗匹配可最大化功率传输成，影响能量传输效率，减少反射损耗常见值调节方法许多天线设计为50Ω或75Ω通过调整天线结构或使用匹，与标准传输线匹配配网络实现阻抗匹配天线的驻波比定义1反映天线与传输线阻抗匹配程度的参数计算2最大电压与最小电压之比，理想值为1实际应用3通常VSWR小于2认为是可接受的影响4高VSWR会导致信号反射，降低系统效率天线的损耗导体损耗介质损耗由天线材料的电阻引起的能量损失天线周围介质吸收能量造成的损失辐射损耗有效辐射的能量，是天线的目标输出天线的带宽定义表示方法天线保持良好性能的频率范围通常用中心频率的百分比或绝对频率范围表示影响因素应用考虑天线尺寸、结构和材料都会影宽带天线适用于多频段或高数响带宽据率通信常见天线结构二极管天线结构特点由两个相等长度的导体组成，中间有一个馈电点•结构简单，易于制作•全向性辐射模式•适用于广播和移动通信半波二极管天线

0.5λ73Ω总长度输入阻抗天线总长度约为工作波长的一半理想状态下的输入阻抗，易于匹配

2.15dBi增益在自由空间中的理论增益值膝弯半波二极管天线结构修改尺寸减小性能调整将直线二极管天线两端向下弯曲可减小天线的整体长度，适应空间限通过弯曲角度调整阻抗和辐射特性制折半二极管天线设计原理优势将半波二极管对折，形成紧凑结构•尺寸减小约50%•保持类似的辐射特性•适用于空间受限场景漏泄电缆天线结构工作原理特殊同轴电缆，外导体有周期性开通过开槽实现电磁波的连续辐射或槽接收应用隧道、地铁等封闭空间的无线覆盖微带天线顶层辐射贴片1通常为金属材料，决定天线的辐射特性介质基板2影响天线的频率特性和尺寸底层接地平面3提供电磁屏蔽和反射馈电结构4可采用微带线、探针或缝隙耦合等方式各向同性天线定义现实性在所有方向上辐射强度相等的实际中不存在，但作为理论参理想天线考和性能比较基准应用近似实现用于定义天线增益单位dBi和某些天线设计可在特定平面内计算无线链路预算接近各向同性特性单极天线结构特点由一个垂直辐射元件和一个接地平面组成•结构简单，易于安装•垂直极化•在水平面内全向辐射二极管天线设计确定频率1选择工作频率和带宽要求计算长度2根据波长计算天线总长度和每个臂的长度选择材料3考虑导电性、重量和环境因素选择合适材料馈电设计4设计匹配网络，实现阻抗匹配两极天线设计结构设计确定两个极的长度和间距馈电方式选择合适的馈电点和方法阻抗匹配设计匹配网络优化能量传输性能仿真使用电磁仿真软件验证设计半波二极管天线设计

0.95250Ω长度系数臂数量阻抗匹配实际长度通常为理论长度的95%两个相等长度的导体臂通常设计为与50Ω传输线匹配四元对称二极管天线设计结构布局极化特性四个二极管呈90度角排列可实现圆极化或双极化增益提升相比单个二极管有更高增益折半二极管天线设计确定频率1选择目标工作频率计算总长2约为半波长的95%折叠设计3决定折叠形状和间距阻抗调整4通过折叠结构微调输入阻抗漏泄电缆天线设计关键参数设计考虑•电缆类型选择需平衡传输损耗和辐射效率开槽设计影响辐射特性和频带宽度•开槽间距和形状•工作频率范围微带天线设计确定基板材料计算贴片尺寸12选择合适的介电常数和厚度根据工作频率确定长宽设计馈电结构仿真优化34选择合适的馈电方式和位置通过电磁仿真软件优化性能各向同性天线设计理论限制近似方法完美各向同性天线在实际中无使用特殊结构如螺旋或多元阵法实现列来接近各向同性特性性能权衡应用场景通常需要在方向性和带宽之间适用于需要全方位覆盖的移动进行折衷通信和卫星系统单极天线设计长度计算1通常为四分之一波长接地平面2设计足够大的接地平面以提高效率馈电点3在天线底部和接地平面之间阻抗匹配4调整天线长度和接地平面尺寸以优化匹配总结与展望课程回顾未来趋势•掌握天线基本原理•5G/6G天线技术•了解各类天线结构•智能可重构天线•学习天线设计方法•毫米波和太赫兹天线。