基站天线

第1章 基站天线 1

1.1 移动通信和移动通信天线的相关知识 1

1.1.1 移动通信及通信天线的发展概况及方向 1

1.1.2 基站天线的相关技术 2

1.2 单极化基站天线 10

1.2.1 用线形λ0/2长偶极子构成的基站天线阵 10

1.2.2 用贴片天线构成的基站天线 11

1.2.3 高F/B比基站天线 13

1.2.4 利用三角波导上的横向缝隙实现基站天线的120°扇区波束 15

1.2.5 由近耦合渐变缝隙构成的六扇区天线 17

1.3 宽带单极化基站天线 18

1.3.1 由有调谐支节的U形辐射单元构成的宽带基站天线 18

1.3.2 由不等间距线阵构成的宽带基站天线 19

1.3.3 由开缝贴片构成的宽带单极化基站天线 21

1.4 双频和三频基站天线 22

1.4.1 由偶极子构成的双频基站天线 22

1.4.2 由角反射器天线构成的水平面宽波束和双频基站天线 24

1.4.3 由贴片构成的双频基站天线 25

1.4.4 三频基站天线 27

1.5 单频双极化基站天线 31

1.5.1 用偶极子构成的双极化基站天线 31

1.5.2 用正交缝隙构成的双极化基站天线 38

1.5.3 用贴片构成的双极化基站天线 39

1.6 双频双极化基站天线 48

1.6.1 由倾斜菱形偶极子和正交偶极子构成的双频双极化基站天线 48

1.6.2 由双层双列正交偶极子构成的双频双极化基站天线 49

1.6.3 2.4 GHz和5 GHz极化分集偶极子天线 51

1.6.4 由正交偶极子构成的双频四极化基站天线阵 52

1.6.5 由圆环和印刷偶极子构成的双频双极化基站天线 53

1.7 双波束基站天线 54

1.8 双向基站天线 57

1.8.1 公路、铁路沿线使用的双向天线 57

1.8.2 在隧道、地铁等地下狭长通道中使用的双向天线 63

1.9 基站天线的波束下倾 68

1.9.1 基站天线波束下倾的好处及实现方法 68

1.9.2 基站天线电波束下倾角度的计算及实现方法 69

1.9.3 天线下倾应注意的问题 70

1.9.4 天线下倾角α的计算 71

1.9.5 电下倾和机械下倾的比较 71

1.10 基站天线的无源交调干扰 73

1.10.1 互调干扰简介 73

1.10.2 在天线中产生互调的原因 74

1.10.3 扼制PIM的方法 75

1.11 基站分集技术 75

1.11.1 采用分集技术的原因 75

1.11.2 分集技术的概念 76

1.11.3 空间分集 76

1.11.4 极化分集 79

1.11.5 空间和极化分集组合基站天线阵 88

1.12 基站天线增益与覆盖距离的关系 89

1.12.1 dBm与dBmV和dBμV的关系 89

1.12.2 自由空间路径损耗 89

1.12.3 平面地上的路径损失 90

1.12.4 基站发射天线增益的计算 90

1.12.5 基站发射天线增益与通信距离的关系 91

1.13 基站天线的选型及安装架设 92

1.13.1 基站天线的选型原则 92

1.13.2 减少基站天线之间相互干扰的方法 93

1.13.3 基站天线的安装架设 93

1.14 基站天馈系统的组成 95

1.15 基站天馈系统VSWR的现场测量 96

1.15.1 测量基站天线VSWR的环境 96

1.15.2 铁塔上测量 97

1.15.3 地面测量 97

1.15.4 机房天馈系统VSWR的测量 97

1.15.5 造成VSWR超标的原因 99

1.16 基站天线的共用技术和天线之间的隔离度 101

1.16.1 天线的共用技术的定义 101

1.16.2 共用的实现 101

1.16.3 天线之间的隔离度 106

1.17 网络优化对基站天线的要求 106

参考文献 107

第2章 赋形波束天线 109

2.1 综合低副瓣天线阵使用的道尔夫-切比雪夫分布 109

2.1.1 概述 109

2.1.2 切比雪夫天线阵的几个参数 109

2.1.3 等间距切比雪夫天线阵的有关设计数据 110

2.2 用不等间距多元线阵综合的赋形主波束方向图 113

2.2.1 用不等间距九元和十九元线阵综合的赋形主波束方向图 113

2.2.2 用十元和十四元不等间距线阵综合的低副瓣天线阵 114

2.2.3 用二十一元不等间距线阵综合的低副瓣方向图 115

2.3 用等间距不等幅不同相线阵综合的赋形方向图 116

2.3.1 用等间距(d=λ0/2)不等幅不同相十六元线阵综合的余割平方方向图 116

2.3.2 用等间距(d=λ0/2)不等幅不同相十六元线阵综合的平顶主波束方向图 119

2.4 用ORAMA计算工具综合的赋形波束线阵天线 120

2.4.1 SLL=-20 dB的切比雪夫边射天线阵 121

2.4.2 SLL=-30 dB的泰勒级数方向图 122

2.4.3 余割平方功率方向图 122

2.4.4 用等幅但不等间距综合的低副瓣天线 123

2.5 用不等幅度分布十九元线阵综合的低副瓣雷达天线 124

2.6 在不同角度有零深的赋形方向图 126

2.7 用阶梯阻抗线串馈微带缝隙天线阵构成的赋形波束 127

2.8 用寄生线阵变换天线赋形波束的形状 129

2.9 赋形波束基站天线 130

2.9.1 基站天线的赋形波束 130

2.9.2 用不等间距综合的赋形基站天线阵 131

2.9.3 用不等间距和不等相位差线阵综合的赋形基站天线 135

2.9.4 用切比雪夫分布综合的2.4 GHz 双极化赋形基站天线阵 141

2.9.5 用不等幅度和不等相位线阵综合的赋形基站天线 143

2.10 全向赋形波束天线 152

2.10.1 全向赋形波束印刷偶极子天线阵 152

2.10.2 全向赋形微带缝隙天线阵 153

2.10.3 宽带全向赋形波束共线天线阵 155

参考文献 158

第3章 环天线 160

3.1 环天线的分类 160

3.2 环天线的极化 161

3.3 计算环天线输入阻抗的简单公式 162

3.4 小环天线 163

3.4.1 小环天线的特点及方向图 163

3.4.2 小环天线的电参数 167

3.4.3 小环天线的馈电及阻抗匹配 169

3.4.4 短波使用的紧凑发射环天线 170

3.4.5 短波使用的小接收环天线 171

3.4.6 屏蔽环探头 172

3.4.7 小环天线在测向中的应用 174

3.5 方位不连续环形天线 177

3.6 环天线的耦合电路 180

3.7 大环天线 182

3.7.1 大环天线的电参数 182

3.7.2 周长为一个波长的环天线 185

3.7.3 两单元方环天线 185

3.7.4 由双环构成的水平极化全向天线 187

3.8 Δ环天线 187

3.8.1 Δ环天线的输入阻抗及垂直面方向图 187

3.8.2 短波用Δ环天线 189

3.9 短波使用的垂直菱形环天线 190

3.10 Halo环天线 190

3.11 VHF环天线 191

3.11.1 移动通信使用的环天线 191

3.11.2 145 MHz使用的倒8字形双环天线 192

3.11.3 有源定向接收环天线 192

3.12 Alford环天线 193

3.12.1 概述 193

3.12.2 双馈平衡Alford环天线 194

3.12.3 印刷Alford环天线 195

3.13 由环天线构成的FM天线 197

3.13.1 把λ0/2长折合振子弯曲成圆构成的水平极化全向天线 197

3.13.2 四叶天线 197

3.13.3 周长小于λ0/2的方环天线 198

3.13.4 同轴线馈电的圆环天线 199

3.14 由印刷多边形环天线构成的宽带定向天线 201

3.15 层叠菱形环天线 203

3.16 双圆环天线 205

3.17 由半环构成的宽带全向天线 207

3.18 由框架式金属板条构成的UHF定向天线阵 208

参考文献 210

第4章 对数周期天线 211

4.1 对数周期偶极子天线 211

4.1.1 对数周期偶极子天线的工作原理 211

4.1.2 LPDA的参数 212

4.1.3 LPDA的馈电及阻抗 214

4.1.4 LPDA阵的设计 217

4.1.5 LPDA的设计实例 222

4.2 缩短尺寸的对数周期天线 235

4.2.1 缩短LPDA尺寸的方法 235

4.2.2 缩短尺寸的20~200 MHz电磁兼容测试天线 236

4.2.3 采用双脊波导型偶极子的LPDA 237

4.2.4 对数周期单极子天线阵(LPMA) 239

4.2.5 缩短尺寸的垂直极化HF对数周期偶极子天线 241

4.3 其他对数周期天线 244

4.3.1 由对数周期环天线构成的高增益线极化天线 244

4.3.2 由双Δ环构成的对数周期天线 245

4.3.3 由折合振子构成的对数周期偶极子天线 246

4.3.4 高仰角HF水平极化对数周期环天线 247

4.3.5 紧凑的对数周期八木天线 248

4.3.6 7~10 MHz倒V形对数周期天线 248

4.3.7 双面印刷LPDA 249

4.4 角齿对数周期天线 250

4.4.1 齿片型对数周期天线 251

4.4.2 梯形齿线对数周期天线 254

4.4.3 三角齿线对数周期天线 258

4.5 对数周期天线在电子战中的应用 261

4.5.1 超宽带跳极化天线 261

4.5.2 由六个印刷对数周期天线构成的宽带测向天线 265

参考文献 269

第5章 全向天线 270

5.1 全向天线的组成及主要特点 270

5.1.1 概述 270

5.1.2 垂直接地天线的电流分布 270

5.1.3 不同高度直立接地天线的增益 271

5.2 鞭天线 272

5.2.1 λ0/4长鞭天线 272

5.2.2 5λ0/8长鞭天线 273

5.2.3 3λ0/4长共线车载天线 273

5.2.4 折合单极子天线 274

5.3 宽带单极子天线 275

5.3.1 由十字形短路金属板顶加载单极子构成的低轮廓全向天线 275

5.3.2 由套筒和寄生辐射管构成的宽带单极子天线 277

5.3.3 四种带圆盘的单极子天线 277

5.3.4 由阶梯状印刷单极子构成的多频全向天线 280

5.3.5 适合笔记本电脑接收UHF数字电视的平板单极子天线 280

5.3.6 带有套筒和抬高馈电点的平面单极子天线 282

5.3.7 由双套筒组成的宽带全向天线 284

5.3.8 带有改善阻抗匹配的宽带蝶形全向单极子天线 285

5.3.9 宽带卷筒式单极子天线 286

5.4 由倒锥、盘锥和双锥构成的宽带全向天线 287

5.4.1 宽带低轮廓圆锥单极子天线 287

5.4.2 宽频带λL/8单极子天线 288

5.4.3 矩形宽带单锥全向天线 290

5.4.4 宽带线锥单极子天线 291

5.4.5 改善高仰角辐射的倒锥全向天线 293

5.4.6 宽带盘锥天线 294

5.4.7 位于圆地面上的低轮廓宽带双锥天线 296

5.4.8 宽带毫米波全向双锥天线 297

5.5 超宽带全向天线 297

5.5.1 泪珠型UWB天线 298

5.5.2 印刷平面倒锥UWB单极子天线 298

5.5.3 倒平面倒锥全向天线 300

5.5.4 超宽带全向眼睛天线 301

5.5.5 有缺口功能的平面印刷UWB单极子天线 303

5.5.6 用共面波导馈电有缺口功能的 UWB单极子天线 304

5.6 由法线模螺旋天线构成的全向天线 305

5.6.1 法线模螺旋天线在终端天线中的应用 305

5.6.2 VHF 螺旋鞭状天线 306

5.6.3 高增益450~470 MHz车载螺旋鞭天线 307

5.6.4 缩短尺寸的宽带全向车载天线 308

5.6.5 适合400 MHz频段双向移动电话使用的组合螺旋单极子天线 309

5.6.6 由螺旋和鞭构成的双频终端天线 311

5.6.7 由变螺距螺旋和鞭天线构成的双频宽带天线 311

5.6.8 由不等螺距或不等直径螺旋天线构成的双频终端天线 312

5.6.9 由带有寄生单极子的法线模天线构成的双频天线 314

5.7 与地无关的低增益全向天线 315

5.7.1 由同轴中馈λ0/2 长偶极子构成的全向天线 316

5.7.2 由带扼流线圈或磁环的λ0/2长同轴偶极子构成的全向天线 317

5.7.3 与地无关的λ0/2长全向天线 317

5.7.4 全向J形天线 318

5.7.5 由双锥对称振子构成的宽带全向天线 319

5.7.6 由λ0/2长折合振子构成的全向天线 319

5.7.7 能扼制电缆外皮泄漏电流的印刷碟形偶极子全向天线 320

5.7.8 安装在小型导弹头部的天线 322

5.8 由贴片构成的全向天线 322

5.8.1 由圆贴片构成的宽带低轮廓全向天线 322

5.8.2 由带短路环圆锥套筒的圆贴片构成的宽带全向天线 323

5.8.3 由正交梯形平面单极子和短路圆贴片构成的超宽带单极子天线 324

5.8.4 由中心馈电圆贴片和耦合环状贴片构成的全向天线 326

5.8.5 由正方形环状贴片构成的宽带低轮廓全向天线 327

5.8.6 宽带全向贴片天线 328

5.9 双频和三频全向天线 329

5.9.1 由陷波、组合结构和附加寄生单元构成的双频单极子天线 329

5.9.2 有带线套筒的双频单极子天线 330

5.9.3 由分叉单极子和共面波导馈电构成的双频全向天线 330

5.9.4 微带线馈电共面印刷双频单极子天线 332

5.9.5 由分支线加载构成的双频全向天线 332

5.9.6 由支节加载构成的双频全向天线 334

5.9.7 由带U形支节印刷共线偶极子构成的双频全向天线 335

5.9.8 双频印刷全向天线阵 336

5.9.9 双频印刷单极子天线 337

5.9.10 印刷共面双频单极子天线 338

5.9.11 有部分地的双频印刷全向单极子天线 339

5.9.12 适合数字电视和GSM移动通信使用的双频套筒单极子天线 340

5.9.13 双频共线天线 341

5.9.14 双频垂直极化全向天线 342

5.9.15 三频车载天线 343

5.9.16 移动通信使用多频吸顶天线 345

5.10 共线全向天线阵 346

5.10.1 全向共线λ0/2长偶极子天线的增益及方向图 346

5.10.2 佛兰克林全向共线天线阵 349

5.10.3 用同轴线内外导体换位连接构成的全向天线阵 350

5.10.4 由双扼流套构成的全向天线 351

5.10.5 缝隙耦合套筒偶极子共线全向天线阵 351

5.10.6 耐高温中增益宽带全向天线 360

5.10.7 由盘锥构成的宽带中馈增益全向共线天线阵 362

5.10.8 由缝隙和套筒构成的垂直极化基站天线 365

5.11 低成本印刷全向共线天线及天线阵 365

5.11.1 有倒相段的全向不对称对称振子 365

5.11.2 由印刷折合偶极子组成的全向天线 367

5.11.3 中馈背靠背印刷偶极子共线天线阵 368

5.11.4 印刷全向微带天线阵 369

5.12 主要海船载HF、VHF和UHF全向天线简介 374

5.12.1 HF全向天线 374

5.12.2 VHF/UHF全向天线 375

参考文献 376

第6章 水平偶极子天线 378

6.1 水平对称振子 378

6.1.1 对称振子的方向图 378

6.1.2 对称振子的输入阻抗 381

6.1.3 半波与全波对称振子 382

6.2 折合振子及其变形结构 382

6.2.1 折合振子的由来 383

6.2.2 对称振子与折合振子的相同点和不同点 383

6.2.3 三线和四线λ0/2长折合振子 385

6.2.4 长度为3λ0/4和3λ0/8的折合振子 386

6.2.5 部分折合振子 387

6.2.6 复合折合振子 387

6.2.7 V形复合折合振子 388

6.2.8 双折合振子 389

6.2.9 折合振子的变形结构--环天线 389

6.2.10 折合振子的馈电 391

6.2.11 由平面折合振子构成的宽带低轮廓微带天线 392

6.2.12 宽带平面折合偶极子天线 393

6.2.13 由支节和电容加载构成的宽带折合偶极子天线 394

6.3 平板偶极子和印刷偶极子天线 396

6.3.1 平板偶极子天线 396

6.3.2 印刷偶极子天线 400

6.4 蝶形偶极子天线 403

6.4.1 用微带线馈电的平面蝶形偶极子天线 403

6.4.2 用同轴线馈电的平面蝶形偶极子天线 406

6.4.3 蝶形偶极子天线阵 408

6.4.4 加载蝶形偶极子天线 408

6.5 水平面宽波束偶极子天线 409

6.5.1 由倒V形印刷偶极子构成的宽波束天线 409

6.5.2 把偶极子天线安装在夹角大于180°的角反射器上 410

6.5.3 有桥蝶形偶极子 414

6.6 双频或多频偶极子天线 416

6.6.1 由安装在双接地板上折叠偶极子天线构成的双频天线 416

6.6.2 由双面印刷带线偶极子构成的双频天线 418

6.6.3 由有许多矩形缝隙印刷偶极子构成的双频天线 420

6.6.4 用分支线巴伦馈电的双频偶极子天线 421

6.6.5 由多个框型印刷偶极子构成的多频偶极子天线 423

6.7 双极化偶极子天线 425

6.7.1 由正交双面印刷偶极子构成的双极化天线 425

6.7.2 由四个泪珠天线构成的双极化平面偶极子天线 426

6.7.3 由正交折合偶极子天线构成的双极化天线 427

6.7.4 由正交钩形带线耦合馈电方板偶极子天线构成的双极化天线 429

6.7.5 由介质加载正交钩形探针耦合馈电正交方板偶极子构成的双极化天线 432

6.7.6 由正交梯形偶极子和短路蝶形贴片构成的组合双极化天线 434

6.8 宽带偶极子天线 437

6.8.1 带寄生振子的宽带印刷偶极子天线 437

6.8.2 带双寄生振子的双面印刷偶极子天线 438

6.8.3 末端加载和带有平面开式套筒的印刷偶极子天线 440

6.8.4 三角形加载宽带印刷偶极子天线 442

6.8.5 有短路桥的UWB偶极子天线 443

6.8.6 同轴线馈电印刷方板偶极子天线 444

6.8.7 加微波吸波材料的平面方板印刷偶极子天线 446

6.8.8 由平面倒锥构成的低轮廓偶极子天线 447

6.8.9 宽带电磁偶极子天线 449

6.8.10 有圆锥方向图的宽带电磁偶极子天线 452

参考文献 453

第7章 贴片天线 455

7.1 贴片天线的基本知识 455

7.1.1 贴片天线的原理及相关参数 455

7.1.2 矩形贴片天线的设计 456

7.1.3 贴片天线的馈电 459

7.2 小尺寸贴片天线 460

7.2.1 短路梯形贴片天线 460

7.2.2 由U形缝隙短路贴片构成的宽带低轮廓天线 462

7.2.3 小尺寸宽带三角形贴片天线 463

7.2.4 由折叠短路L形缝隙贴片构成的宽带天线 464

7.3 宽带贴片天线 465

7.3.1 E形贴片 465

7.3.2 用层叠技术构成的宽带贴片天线 467

7.3.3 缝隙耦合宽带高增益贴片天线 471

7.3.4 用L形探针近耦合馈电构成的宽带贴片天线 474

7.3.5 由脊椎形地面构成的贴片天线 478

7.4 双频贴片天线 479

7.4.1 用共面探针给矩形贴片馈电构成的双频宽带贴片天线 479

7.4.2 宽带双线极化VHF贴片天线 480

7.4.3 由多层多谐振贴片构成的宽带和双频天线 482

7.4.4 多频贴片天线 483

7.4.5 双馈双频宽带贴片天线 484

7.4.6 由折叠短路贴片构成的宽带双频贴片天线 486

7.5 双极化贴片天线 489

7.5.1 用组合馈电构成的双极化贴片天线 489

7.5.2 由双L形探针耦合馈电构成的双极化贴片天线 498

7.5.3 由双缝隙耦合馈电构成的双极化贴片天线 506

7.6 其他贴片天线 507

7.6.1 背腔贴片天线 507

7.6.2 空腔高增益宽带贴片天线 508

7.6.3 带圆锥背腔圆贴片天线 509

7.6.4 带反相功分器的低交叉极化宽带贴片天线 510

7.6.5 用L形探针馈电有圆锥形方向图的宽带贴片天线 511

7.6.6 水平面宽波束WLAN天线 513

参考文献 514

第8章 短背射天线 516

8.1 用对称振子激励的短背射天线 516

8.1.1 用λ0/2长对称振子激励的短背射天线 516

8.1.2 用λ0/2长偶极子激励短背射天线的馈电方法 518

8.1.3 用λ0/2长偶极子激励有波纹边环的短背射天线 519

8.1.4 改进型短背射天线 520

8.2 用波导馈电的短背射天线 521

8.2.1 概述 521

8.2.2 用同轴波导馈电的短背射天线 523

8.2.3 矩形波导馈电带波纹边环的短背射天线 525

8.2.4 矩形波导馈电带圆锥反射器的短背射天线 527

8.3 短背射天线阵 529

8.4 宽带短背射天线 534

8.4.1 用H形缝隙贴片激励的短背射天线 534

8.4.2 用缝隙激励的短背射天线 536

8.4.3 宽带背腔平板偶极子天线 539

8.4.4 超宽带组合背腔折叠扇形偶极子天线 540

8.4.5 宽带背腔折叠三角蝶形天线 543

8.5 高增益背射天线 546

参考文献 547

第9章 八木天线 548

9.1 概述 548

9.1.1 八木天线的组成 548

9.1.2 八木天线的增益及半功率波束宽度的估算 549

9.2 缩短尺寸的二元八木天线 549

9.3 交叉馈电八木天线 550

9.3.1 二元交叉馈电八木天线 550

9.3.2 四元交叉馈电八木天线 552

9.3.3 由两个不等长相位差为135°的有源折合振子组成的多元八木天线 552

9.4 多元八木天线 553

9.4.1 三元八木天线 553

9.4.2 最佳三元八木天线 554

9.4.3 四元八木天线 554

9.4.4 六元八木天线 555

9.4.5 七元八木天线和十元八木天线 555

9.4.6 移动通信频段使用八元八木天线 556

9.4.7 十元八木天线 557

9.4.8 十一元八木天线 558

9.4.9 十五元八木天线 558

9.4.10 六个不同轴向长度八木天线的参数及增益 558

9.4.11 十六元八木天线 559

9.5 对数周期八木天线 560

9.6 高阻抗十二元八木天线 560

9.7 由圆环构成的二十五元八木天线 562

9.8 优化计算的多元八木天线 563

9.8.1 三元和四元八木天线 563

9.8.2 最佳增益六元八木天线 564

9.8.3 最佳八元八木天线 566

9.8.4 最佳十元八木天线 566

9.8.5 最佳十二元八木天线 567

9.8.6 十五元八木天线 569

9.8.7 十八元八木天线 570

9.8.8 二十二元八木天线 571

9.9 其他八木天线 571

9.9.1 三单元V形八木天线 571

9.9.2 宽带准平面八木天线 572

9.9.3 毫米波使用的平面高增益八木天线 573

参考文献 574

第10章 缝隙天线 576

10.1 二重性原理及应用 576

10.1.1 概述 576

10.1.2 二重性原理 576

10.1.3 互补偶极子与缝隙天线之间的阻抗关系 578

10.1.4 超宽带(UWB)磁天线 578

10.2 微带缝隙天线 580

10.2.1 用微带线馈电的缝隙天线 580

10.2.2 用共面波导馈电的缝隙天线 583

10.3 同轴缝隙天线 589

10.3.1 概述 589

10.3.2 柱面缝隙天线 591

10.3.3 由介质加载开缝圆柱体构成的水平极化全向天线 592

10.3.4 行波同轴缝隙天线 594

10.3.5 用Z字形缝隙构成的水平极化全向天线 595

10.3.6 VHF/UHF行波电视发射天线 596

10.3.7 带有调谐装置的宽带同轴缝隙天线[9] 598

10.3.8 改善周长为一个波长同轴缝隙天线水平面全向方向图不圆度的方法 600

10.3.9 VHF/UHF双频同轴缝隙天线 602

10.3.10 由宽缝隙构成的宽波束基站天线 604

10.3.11 分馈数字电视发射天线 606

10.3.12 由水平缝隙构成的垂直极化全向天线 607

10.3.13 泄漏同轴电缆天线 608

10.3.14 由一个缝隙构成的中增益水平极化全向天线 610

参考文献 611