天線方向圖如何影響通訊距離?

2020-12-07 騰訊網

在通訊系統中，收發天線的方向圖直接決定了無線信號的覆蓋區域，最理想的方式是收發天線都處於其其最大的輻射面上，隨著遠離其最大的輻射面，天線的增益會逐漸下降，必須讓其互相處於其半功率波瓣寬度內，不然會嚴重影響通訊質量。

天線的3D輻射方向圖如下：

圖一：是為以天線相位中心為球心（坐標原點），在半徑r足夠大的球面上，逐點測定其輻射特性繪製而成。

圖二：微波暗室實測的天線輻射方向圖

一、關於天線方向圖的參數描述

1、方向係數D

是用來定量描述天線方向性的強弱，其定義為天線在最大輻射方向上遠區某點的功率密度與輻射功率相同的無方向性天線在同一點的功率密度之比。如下圖：

圖三：方向係數

2、波瓣寬度

水平波瓣寬度

在天線的水平面（垂直面）方向圖上，相對於主瓣最大點功率增益下降3dB的兩點之間所張的角度，定義為天線的水平（垂直）波瓣寬度，也稱水平（垂直）波束寬度或者水平（垂直）波瓣角。天線輻射的大部分能量都集中在波瓣寬度內，波瓣寬度的大小反映了天線的輻射集中程度。 全向天線的水平波瓣寬度為360°，而定向天線的常見水平波瓣寬度有20°、30°、65°、90°、105°、120°、180°多種（如圖一）。

圖四：水平面的波瓣寬度

垂直波瓣寬度

天線的垂直波瓣3dB寬度與天線的增益、水平3dB寬度密不可分。基站天線的垂直波瓣3dB寬度多在10°左右。一般來說，在採用同類的天線設計技術條件下，增益相同的天線中，水平波瓣越寬，垂直波瓣3dB越窄。 較窄的垂直波瓣3dB寬度將會產生較多的覆蓋死區（盲區），如圖3所示，同樣掛高的二副無下傾天線中，垂直波瓣較寬天線產生的覆蓋死區範圍長度為OX″，小於垂直波瓣較窄天線產生的死區範圍（長度為OX）。

圖五：垂直面的波瓣寬度示意圖

3、前後比

定向天線的前後比是指主瓣的最大輻射方向（規定為0°）的功率通量密度與相反方向附近（規定為180°±20°範圍內）的最大功率通量密度之比值。

圖六：天線的前後比

表明了天線對後瓣抑制的好壞。選用前後比低的天線，天線的後瓣有可能產生越區覆蓋，導致切換關係混亂，可能中斷通訊。一般在25－30dB之間，應優先選用前後比為30的天線。

二、方向圖對通訊距離的影響

如下圖，基站天線覆蓋區域。

圖七：定向天線的覆蓋區域示意圖

三、如何調整

圖八：收發天線的信號覆蓋區域示意圖

在知道傳輸距離，收發天線波瓣寬度後可以計算，以此得出發射天線架設高度，接收終端高度，保證收發天線處於最佳的位置。

四、以433MHz，1.8米玻璃鋼天線為例

天線波瓣寬度10°，基站天線架高2m（不考慮海拔高差），天線垂直放置，在通訊距離小於30m，信號覆蓋會很差，所以近距離通訊一般不會選擇高增益天線（垂直波瓣寬度太窄）。並且安裝高增益天線時天線與地面的夾角非常重要。

所以，在選擇天線時候並不是一味的考慮高增益天線，需要結合實際場景，參考天線的多個參數，特別是天線的波瓣寬度、輻射方向圖等綜合考慮，才能達到理想的通訊效果。

看完了意猶未盡？關注一下，更多乾貨等著你！

相關焦點

  • 相控陣天線方向圖:線性陣列波束特性和陣列因子
    隨著相控陣開始包含更多混合信號和數字內容，許多工程師可以從更直觀的相控陣天線方向圖說明中獲益。事實證明，相控陣天線行為與混合信號和數字工程師每天處理的離散時間採樣系統之間有許多相似之處。本系列文章的目的並非培養天線設計工程師，而是向使用相控陣子系統或器件的工程師展現他們的工作對相控陣天線方向圖的影響。
  • 相控陣天線方向圖——第1部分:線性陣列波束特性和陣列因子
    本系列文章的目的並非培養天線設計工程師，而是向使用相控陣子系統或器件的工程師展現他們的工作對相控陣天線方向圖的影響。 波束方向 首先，讓我們來看看一個直觀的相控陣波束轉向示例。圖1是一個簡單的圖示，描繪了波前從兩個不同方向射向四個天線元件。在接收路徑上的每個天線元件後面都會產生延時，之後所有四個信號再匯總到一起。
  • 相控陣天線方向圖——第3部分:旁瓣和錐削
    在這第三部分中，我們首先討論天線旁瓣，以及錐削對整個陣列的影響。錐削就是操控單個元件的振幅對整體天線響應的影響。在第一部分中未應用錐削，且從圖中可以看出第一旁瓣為–13 dBc。錐削提供了一種減少天線旁瓣的方法，但會降低天線增益和主瓣波束寬度。在簡要介紹錐削之後，我們會詳細說明與天線增益相關的幾個要點。
  • 通宇通訊:基站天線龍頭 能否在5G時代涅槃?
    加強研發投入 開發完整產品線滿足多樣化需求儘管基站天線廠商將在整個5G建設周期中最先受益。但是能否獲得較大的市場份額，還在於企業的設計能力、工藝成熟度和經驗積累。5G關鍵技術中對天線影響最大的是Massive MIMO和高頻段通信（毫米波通信）。
  • 基於FEKO的機載導航天線方向圖分析
    本文首先使用FEKO軟體對某載機進行建模，其次分析了L波段導航天線放置在飛機背部中心時飛機各個部分對天線水平面方向圖的影響，最後對使用FEKO仿真不同電大尺寸物體時的計算量、計算時間和內存使用進行了比較。
  • 相控陣天線方向圖——第2部分:柵瓣和波束斜視
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202012/420922.htm簡介關於相控陣天線方向圖，我們將分三部分介紹，這是第二篇文章。 在第一部分中 ，我們介紹了相控陣轉向概念，並查看了影響陣列增益的因素。在第二部分，我們將討論柵瓣和波束斜視。
  • 短波天線的製作方法
    常用的短波天線主要分為3類，第一類是垂直天線（GP），第二類是偶級天線（DP），第三類為八木天線（YAGI）。除此之外，還有框型、鑽石型、碟型等等，這裡我們主要討論前三類天線，其中重點探討偶級天線及其變形。從使用來看，GP天線主要用於近距離—中距離通訊，尤其是近距離通訊依靠地波傳送，效果非常好。而DP天 線的近距離通訊效果很不好。
  • 通宇通訊:基站天線龍頭 能否在5G時代涅槃?|ICT產業新周期重要公司...
    加強研發投入 開發完整產品線滿足多樣化需求儘管基站天線廠商將在整個5G建設周期中最先受益。但是能否獲得較大的市場份額，還在於企業的設計能力、工藝成熟度和經驗積累。 5G關鍵技術中對天線影響最大的是Massive MIMO和高頻段通信（毫米波通信）。
  • 天線的安裝對通信效果的影響
    一般天線都具有可逆性，即同一副天線既可用作發射天線，也可用作接收天線，同一天線作為發射或接收的基本特性參數是相同的。比如，天線應用在無線設備上，將無線設備輸出的電磁波信號傳輸出去或者將天線接收的電磁波信號傳回無線設備。那天線是如何對通信效果產生影響的呢，接下來就通過天線選型、匹配、安裝和調試這四個方面來介紹天線的安裝對通信效果產生的影響。
  • 多種天線集成優化設計影響因素及實際應用
    設計不當的天線會極大地降低IC卡的性能，而設計合理的天線則會幫助IC卡實現其設計的最佳性能，實現以下特性： 符合ISO/IEC 14443/10373-6規定的工作場域和負載調製要求 符合PayPass-ISO/IEC 14443執行規範- V1.1 和 EMV非接觸式通訊協議規範V2.0相關要求, 兼容現有通過認證的讀寫器優化工作距離：為指定應用帶來最佳工作距離，而不影響智慧卡功能支持多卡
  • 某雷達天線方向圖自動測試系統的軟硬體原理詳解
    天線是雷達的重要組成部分，天線方向圖的測試在雷達性能測試中佔有極其重要的位置。早期人們採用手動法進行方向圖測量，數據的錄取、方向圖的繪製以及參數的計算都是手工方式，操作複雜，工作量大，耗時長，精度低。隨著微電子技術和計算機技術的飛速發展，天線方向圖自動測試逐漸取代了手動測量，實現了信號錄取、數據處理以及方向圖繪製的自動化，大大提高了測量速度和精度。
  • 天線怎麼選?記住這幾點,千萬別選錯!
    全向天線空間輻射圖全向天線：即在水平方向圖上表現為360°都均勻輻射，也就是平常所說的無方向性，在垂直方向圖上表現為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小，增益越大。首先需要確定設備信號覆蓋區域，信號的覆蓋方向由天線的輻射方向圖決定，按照天線輻射方向，天線分為全向天線和定向天線。
  • 淺談面向點對點無線通信系統的微波毫米波無源天線及器件
    微波天線及器件基礎Fundamentals on Microwave Antennas and Components了解任何產品首先需要了解這些產品的特性，不同的指標以及指標好壞如何影響產品的使用。對於點對點無線通信系統，產品的好壞影響系統的增益，效率，鏈路幹擾以及使用壽命。
  • 一種同頻方向圖可重構平面折合偶極子微帶天線
    1引言可重構天線技術作為一種新的天線技術，並將成為下一代移動通信的核心技術，已經受到了國內外學都的廣泛關注。可重構天線共用一個輻射口徑，通過開關改變其輸入阻抗、工作頻率、雷達散射截面、輻射方向圖和極化方式等參數，以適應不同的電磁環境和功能需要。方向圖可重構天線可以通過重構天線的方向圖特性，避免噪聲幹擾，提高系統的增益和安全性能，同時定向輻射也可以節約能量。
  • 如何選擇合適的GPS天線
    三、GPS天線的構造　　目前絕大部分GPS天線為右旋極化陶瓷介質，其組成部分為：陶瓷天線、低噪音信號模塊、線纜、接頭。　　其中陶瓷天線也叫無源天線、介質天線、PATCH，它是GPS天線的核心技術所在。一個GPS天線的信號接受能力，大部分取決與其陶瓷部分的成分配料如何。
  • 馬斯克的衛星網際網路確實神奇,居然要用相控陣天線和雷射通訊技術
    但其實說起來容易做起來難，現在市面上同等大小的相控陣天線，價格在1500美元左右；而馬斯克所想的是。星鏈終端在初期售價為200美元左右，此後再逐步下降到幾十美元。星鏈終端為什麼是相控陣，星鏈之間的通訊為什麼要用雷射通訊？
  • 如何將天線對音頻電路的幹擾影響減到最小
    這樣，如果設計人員未考慮天線的位置，設計就可能產生很多問題。常規的附加物，如增加屏蔽，對現今極其緊湊的電子產品來說可能不合適。 輻射幹擾可分為遠場幹擾和近場幹擾。遠場幹擾定義為來自距離超過所關注頻率約10個波長處。以2.4GHz的藍牙頻率為例，10個波長等於125mm (即4.1英尺)。
  • 太空探測器距離地球幾十億公裡,如此遙遠的距離,人類如何遙控?
    地面如何向遠在幾十億公裡之外的太空飛行器發送指令遙控它呢，說到這個問題，沒有什麼比旅行者1號更具有討論性，因為旅行者1號是迄今為止飛得最遠的探測器，目前距離地球已有223億公裡。旅行者1號是人類第一艘駛入星際空間的飛行器，是距離地球最遠的飛行器，它現在的速度是17公裡每秒，正在朝著蛇夫座的方向前進，也許多少年以後旅行者1號抵達了另一個恆星系中。
  • 70米深空網天線停工，天線陣應急上崗，未來有望提升10倍通訊能力
    為了滿足千倍於普通衛星通訊距離的無線電聯繫，JPL在美國加州沙漠中找到一個無線電幹擾比較低的地點。周邊沒有阻擋衰減信號的建築。JPL在這裡架起了一個直徑26米的天線，成功接收到「先驅號」月球探測器飛過月球返回的數據。後來此處就變成美國著名的三大深空測控站之一，美國加州戈德斯通站。
  • 關於天線,有史以來最強的科普文
    我們繼續前面全向和定向天線的話題。為什麼定向天線可以控制信號的輻射方向呢？我們先來看個圖：這種圖，叫做天線方向圖。因為空間是三維立體的，所以這種從上往下的俯視，以及從前往後的正視，會更加清晰直觀地觀察到天線輻射強度的分布。上圖也是一對半波對稱振子產生的天線方向圖，有點像個平放的輪胎。