微波与天线相关问题100问

76、圆图的那个最外边的单位圆是等电阻圆，最左边的那个点是短路点，最右边的那个点是开路点，那岂不是说开路点和短路点在同一个等电阻圆上面?

这个是因为坐标变换的原因，要是直角坐标里面就不存在这个问题，只是直角坐标变换到圆图的极坐标里面才出现的。

77、驻波比测试
测驻波比要注意几个实际问题。
  1）．天线是有辐射的  天线应置于空旷场所（有条件的话，最好在暗室或暗箱内测试），仪器应置于无强辐射处。当手摸电缆或仪器时，读数会变即属不正常。注意电缆外导体必须与连接器外壳接触良好，必要时还要考虑仪器是否要加屏蔽。
  2）．注意防止电缆出问题
    ?实际测量中要防止电缆出问题，不是实在必要，不宜通过电缆来进行测试，否则电缆的不完善将影响测试精度，
作为测试电缆必须经过检验，其回损优于30dB为宜，随便找一根电缆可能只有十几个dB那是不行的。
    ?电缆不好能否进行三项校正来提高精度呢?原则上是可以的，用双阴加阳负载只适于1000MHz以下，而且PNA还要求电缆回损优于24dB才能校零，否则出错。
?即使作为连接电缆，也常因接触不良与开短路现象造成仪器不能正常工作，通常以为是仪器故障，其实多半是电缆出了问题。
  3）．带有长馈线的天馈系统
在机房内测馈线端口驻波即天馈系统驻波，此时一般馈线较长，少则几米多则上百米，这其中有三种反射，一是天线入口的反射，常称远端反射；另一种是馈线到仪器的转接头的反射，称近端反射；还有就是最不好控制的馈线本身的反射。
?为了便于观测，现在多用驻波电桥来测试，它是一种差模器件，对共模50Hz有强的抑制，但是却带来了三种反射一起看的后果，造成反射的频响曲线起伏很大，当然最高点若也合格那是没有矛盾的。但经常有多点超出，此时用扫频仪在0.01扫速档是看不出来的（由于检波滤波电路起了平滑作用，若用1秒扫速就看见了），所以人们宁愿用扫频仪或标网而不愿用PNA。
    一般说来天线输入口的反射都是合格的，但由于另两项的参与就出了问题，对于近端转接一般在米波问题不大，更高频段时就得注意，尽量要减少近端反射以减少它带来的超差。
?关于主馈管的反射问题，好的主馈管会帮你忙，因为它本身反射小，所以不怎么增加反射，而又引入了损耗，每1dB插损可增加2dB回损。但差的馈管就会造成某些频点叠加而超限，这只有靠取平滑值（即只看曲线的中心线，但有的用户是不会同意的，只好仍用扫频仪）。馈线差的那怕接上最好的负载（1.01）也会出现某个频率突跳的谐振现象，说明此馈管不宜在此频段使用，只好在其他频段试试。
78、宽频带微带天线
基板厚度h的增加使得天线的辐射电导也随之增大；介电常数较小时，介质对场的束缚减小，易于辐射，天线的储能减少，综合两者，天线的频带变宽。

79、有损传输线终端驻波比的计算

设天线的输入端口的驻波比为1.3；基站室外馈线（加跳线）的平均损耗为0.4dB/10米，接头损耗为0.25dB。
当馈线长度为50米时，则馈线+接头的损耗为50米*0.4dB/10米+0.25dB=2.25dB
因此馈线反射的往返总损为L线=2.25dB*2=4.5dB
天线驻波比为1.3时的反射系数为：Γ=（S-1）/（S+1）≈0.13
反射损耗为L=20logΓ≈-17.72 dB
在馈线的终端，实际的最大反射损耗应为天线本身的反射损耗+连接馈线至天线的往返损的算术和，即L总=L+L线=4.5dB+ 17.72 dB =22.22dB
由此可以求出总的反射系数为：Γ总=10（L总/20）≈0.077；
接着利用S总=（1+Γ总）/（1-Γ总）≈1.167


80、全向天线
全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用于郊县大区制的站型，覆盖范围大。

81、定向天线
定向天线，在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在移动通信系统中一般应用于城区小区制的站型，覆盖范围小，用户密度大，频率利用率高。
    根据组网的要求建立不同类型的基站，而不同类型的基站可根据需要选择不同类型的天线。选择的依据就是上述技术参数。比如全向站就是采用了各个水平方向增益基本相同的全向型天线，而定向站就是采用了水平方向增益有明显变化的定向型天线。一般在市区选择水平波束宽度B为65°的天线，在郊区可选择水平波束宽度B为65°、90°或120°的天线（按照站型配置和当地地理环境而定），而在乡村选择能够实现大范围覆盖的全向天线则是最为经济的。

82、天线安装应注意的几个问题
（1）定向天线的塔侧安装：为减少天线铁塔对天线方向性图的影响，在安装时应注意：定向天线的中心至铁塔的距离为λ/4或3λ/4时，可获得塔外的最大方向性。
（2）全向天线的塔侧安装：为减少天线铁塔对天线方向性图的影响，原则上天线铁塔不能成为天线的反射器。因此在安装中，天线总应安装于棱角上，且使天线与铁塔任一部位的最近距离大于λ。
（3）多天线共塔：要尽量减少不同网收发信天线之间的耦合作用和相互影响，设法增大天线相互之间的隔离度，最好的办法是增大相互之间的距离。天线共塔时，应优先采用垂直安装。
（4）对于传统的单极化天线（垂直极化），由于天线之间（RX-TX,TX-TX）的隔离度（≥30dB）和空间分集技术的要求，要求天线之间有一定的水平和垂直间隔距离，一般垂直距离约为50cm，水平距离约为4.5m，这时必须增加基建投资，以扩大安装天线的平台，而对于双极化天线（±45°极化），由于±45°的极化正交性可以保证+45°和-45°两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求（≥30dB），因此双极化天线之间的空间间隔仅需20-30cm，移动基站可以不必兴建铁塔，只需要架一根直径20cm的铁柱，将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可。

83、车载天线的最大影响
   车载天线的最大影响来源于车辆启动时，由于现在的运载工具以电打火为主，这时，火花对天线的工作性能影响相当大。

84、机械调整天线
所谓机械天线，即指使用机械调整下倾角度的移动天线。
    机械天线与地面垂直安装好以后，如果因网络优化的要求，需要调整天线背面支架的位置改变天线的倾角来实现。在调整过程中，虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化，但天线垂直分量和水平分量的幅值不变，所以天线方向图容易变形。
实践证明：机械天线的最佳下倾角度为1°－5°；当下倾角度在5°－10°变化时，其天线方向图稍有变形但变化不大；当下倾角度在10°-15°变化时，其天线方向图变化较大；当机械天线下倾15°后，天线方向图形状改变很大，从没有下倾时的鸭梨形变为纺锤形，这时虽然主瓣方向覆盖距离明显缩短，但是整个天线方向图不是都在本基站扇区内，在相邻基站扇区内也会收到该基站的信号，从而造成严重的系统内干扰。基站天线下倾角一般为4-8 °，最大不超过12 ° 。
另外，在日常维护中，如果要调整机械天线下倾角度，整个系统要关机，不能在调整天线倾角的同时进行监测；机械天线调整天线下倾角度非常麻烦，一般需要维护人员爬到天线安放处进行调整；机械天线的下倾角度是通过计算机模拟分析软件计算的理论值，同实际最佳下倾角度有一定的偏差；机械天线调整倾角的步进度数为1°，三阶互调指标为-120dBc。  
85、电调天线
所谓电调天线，即指使用电子调整下倾角度的移动天线。
电子下倾的原理是通过改变共线阵天线振子的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强度，从而使天线的垂直方向性图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增大和减小，保证在改变倾角后天线方向图变化不大，使主瓣方向覆盖距离缩短，同时又使整个方向性图在服务小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。实践证明，电调天线下倾角度在1°-5°变化时，其天线方向图与机械天线的大致相同；当下倾角度在5°-10°变化时，其天线方向图较机械天线的稍有改善；当下倾角度在10°-15°变化时，其天线方向图较机械天线的变化较大；当机械天线下倾15°后，其天线方向图较机械天线的明显不同，这时天线方向图形状改变不大，主瓣方向覆盖距离明显缩短，整个天线方向图都在本基站扇区内，增加下倾角度，可以使扇区覆盖面积缩小，但不产生干扰，这样的方向图是我们需要的，因此采用电调天线能够降低呼损，减小干扰。
    另外，电调天线允许系统在不停机的情况下对垂直方向性图下倾角进行调整，实时监测调整的效果，调整倾角的步进精度也较高（为0.1°），因此可以对网络实现精细调整；电调天线的三阶互调指标为-150dBc，较机械天线相差30dBc，有利于消除邻频干扰和杂散干扰。
86、伪装天线
故名思意把天线外观做成一般常见的物体形状，而不是以天线示人。

87、人体对手机天线特性的影响
人体对手机通信性能的影响主要是人体对天线的远区辐射方向图、输入阻抗、辐射效率、反射系数等方面的影响。人体对辐射功率的吸收程度主要依赖于人脑与天线之间的距离，在人脑距天线很近时约有一半左右的功率被吸收，而随着距离的增大吸收率急剧减小，因为在近场区，电场与距离的关系是平方关系，而远场是线性关系。
总体上讲，人体对外置天线的影响较大，内置天线由于有与人体间有一层阻挡而影响较小。事实上，对于上翻盖的手机，人体对外置天线的影响也是很小的。即使是内置天线，其所处的位置对天线特性的影响也不相同，对于PIFA天线，放在手机侧面时性能最好，但放在手机背面的天线对人体的辐射最小，这些问题需要综合考虑。
根据研究表明【9】，当天线靠近人脑时，增益会有所减小，旁瓣电平也会发生变化。
手的影响与天线的类型有关【10】，对于外置天线手的影响比较小，对于内置式天线手的影响则很大。这是因为内置天线与手持的部位较近，手的存在改变了天线的电流分布而造成的。
88、螺旋天线双频实现方法
最简单的方法是两个螺旋天线同心圆放置，共用一个馈电点。
89、缺陷地结构在微带天线间互耦抑制中的运用
结果分析表明，DGS结构能够明显降低天线阵元之间的耦合，增大天线的增益，对天线性能有明显的改善作用。
90、端射螺旋天线设计图样

1）、盒体部分
盒体部分提供了螺旋线天线的后向辐射电磁波的反射作用，可进一步提高天线的性能。盒体为空心长方体，其中，底X宽=0.375  ╳0.375  ,盒体高= 底或宽。
2）、螺旋天线部分
天线的绕制：由于要实现左旋圆极化，其绕制的方法也是以左手合拳形式，进行绕制即可。螺旋线的直径= /π，节距（线圈之间距离）=0.225 ,线圈的周长等于波长。
为工作中心频点处的真空波长。

91、避雷针的保护范围
避雷针就是引雷器，这是出发点。
1）单根避雷针的保护范围应按下法确定

避雷针在地面上的保护半径应按下式计算
r=1.5h
式中：r-保护半径（m）
h-避雷针的高度（m）
（2）在被保护物高度hx水平面上的保护半径应按下式确定：
a.当hx≥h/2时，
r x=（h-hx）p= ha p
式中，r x-避雷针在hx水平面上的保护半径（m）
hx-被保护物的高度（m）
ha-避雷针的有效高度（m）
p -高度影响系数，h≤30（m），p =1；30＜h≤120（m），p=5.5/ h1/2。（以下各式含义相同。）
b.当hx＜h/2时，
r x=（1.5h-2hx）p
2) 两支等高避雷针的保护范围应按下法确定

(1)两针外侧的保护范围应按单支的避雷针的计算办法确定。
(2)两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧（见图）确定，圆弧的半径为R0 。O点为假相避雷针的顶点，其高度应按下式计算：
                        h0=h-D/7p
式中：h0-两针间保护范围上部边缘最低点的高度（m）
D-两避雷针间的距离（m）
两针间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度应按下式计算：
           bx=1.5(h0-hx)
式中：bx –保护范围的一侧最小宽度（m）；当D=7hap时，bx=0 。
      求得bx后，可按前图绘出两针间的保护范围。
       两针间距离与针高之比不宜大于5。

3) 不等高避雷针的保护范围应按下法确定

(1)两支不等高避雷针外侧的保护范围，应分别按单根避雷针的计算方法确定。
（2）两支不等高避雷针间的保护范围，应按单支避雷针的计算方法，先确定较高避雷针1的保护范围，然后由较低避雷针2的顶点，作水平线与高的避雷针的保护范围线相交于点3，取点3为等效避雷针的顶点，在按两支等高避雷针的计算方法确定避雷针2和3间的保护范围。通过避雷针2、3顶点及保护范围上部边缘最低点的圆弧、其弓高应按下式计算：
f=D’/7p
式中： f- 圆弧的弓高（m）
D’-避雷针2和等效避雷针3间的距离（m）
p- 含同前。

92、信号衰落与频率、降雨的关系曲线

下面列出的曲线即是根据相关资料查得的统几资料曲线图。
不难看出当工作频率确定时，由于降雨越大衰减也越大，严重时可使电路严重误码甚至电路完全中断；在建设微波中继电路中确定工作频率时，一定要考虑当地的降雨影响，要使电路有足够的抗衰落储备,保证使传递的接收信号电平即使电路遇上雨衰落时始终在门限电平以上。根据工程中的相关经验，在了解了当地最大降雨强度和它的分布规律以后，根据站距长短必须校核计算，降雨引入的空间损耗最好不得因此将电路的传输储备降低到25dB以下。

雨衰耗-频率关系曲线

93、电抗与其它物理量之间的关系及相关表示方式
阻抗即电阻与电抗的总合，用数学形式表示为：
Z 即阻抗，单位为欧姆 Ω
R 为电阻，单位为欧姆 Ω
X 为电抗，单位为欧姆 Ω
j 是虚数单位
当 X > 0 时，称为感性电抗
当 X = 0 时，电抗为0
当 X < 0 时，称为容性电抗
一般应用中，只需知道阻抗的强度即可：
对电阻为0的理想纯感抗或容抗元件，阻抗强度就是电抗的大小。
一般电路的总电抗等于：
X = XL ?Xc
其中 XL 为电路的感抗, Xc 为电路的容抗。
感抗 (XL) 一般是因为电路中存在电感电路（如线圈），由此产生的变化的电磁场，会产生相应的阻碍电流流动的电动力。电流变化越大，即电路频率越大，感抗越大；当频率变为0，即成为直流电时，感抗也变为0。感抗会引起电流与电压之间的相位差。感抗可由下面公式计算而来：
XL = ωL = 2πfL
XL 就是感抗，单位为 欧姆 Ω
ω 是角频率，单位为 弧度/每秒 rad/s
f 是频率，单位为 赫兹 Hz
容抗 (Xc) 的概念反映了交流电可以通过电容这一特性，交流电频率越高，容抗越小，即电容的阻碍作用越小。容抗同样会引起电流与电容两端电压的相位差。容抗可由下面公式计算而来：
Xc = 1/（ω×C）= 1/（2×π×f×C）
Xc 是容抗，单位为 欧姆 Ω
ω 是角频率，单位为 弧度/每秒 rad/s
f 是频率，单位为 赫兹 Hz
C 是电容，单位为 法拉 F
94、天馈系统如何防水和雷电干扰?
天线和馈线本身都有很好的防水、防腐蚀性能，我们所指的主要是天馈系统室外连接部位的防水和防潮湿。天线和馈电线主要是靠连接器连接，采用。另外，在馈线进入室内处弯一个反水弯，可避免雨水沿馈电线进入室内设备。
天线一般都架设在室外较高的位置，有交待防止雷电干扰和破坏，才能确保通信系统的安全工作。因此，地面设施（如铁塔、建筑物等）应有良好的接地措施，接地电阻不在于4Ω天线应架设在塔顶避雷针的有效避雷范围内，即避雷针顶部下方45°角覆面内。通信天线一般都设计成外壳直接接地型，但为防止雷电、强电感应或天气变化引起的脉冲放电对通信的冲击，还应在馈电线上串接避雷装置，使通信系统更安全的工作。

95、天馈系统有哪些典型故障?
答：天馈系统常见故障有
(1) 天线的性能、参数不能满足使用要求；
(2) 接头密封为严，使水汽进入馈线，影响信号发射；
(3) 架设位置不合理，如太靠近干扰源等；
(4) 发射机功率超过天线额定功率，使天线过载或烧毁；
(5) 遭受外物撞击，改变了天线原有结构和性能参数；
(6) 电缆头焊接不牢固，信号时有时无；
(7) 天线波束指向偏离，天线立杆或支架偏位等。

三、电磁仿真软件与软件无线电
96、CST基本技巧－－频率范围设置
一般可以设定为0—最高工作频点的1.3倍
97、CST端口长宽设定
对于微带线来说，需要设定的端口为，对于上面的端口形式来说，一般的设定值如下：宽度为微带线宽的10倍，高度为介质厚度的5倍。
98、  CST中UPDATE功能
大家在运用这个软件过程中，可能会发现一个现像，具体来说就是同一个模型经过计算时，两次计算结果不一样，有时可以说完全不一样。在这种情况下，有一个办法可以解决，其实这个软件中有一个EDIT—HISTORY LIST，把这个对话框打开，然后UPDATE就可以了。
99、何为仿真软件?
仿真软件（simulation software），专门用于仿真的计算机软件。它与仿真硬件同为仿真的技术工具。仿真软件是从50年代中期开始发展起来的。它的发展与仿真应用、算法、计算机和建模等技术的发展相辅相成。1984年出现了第一个以数据库为核心的仿真软件系统，此后又出现采用人工智能技术（专家系统）的仿真软件系统。这个发展趋势将使仿真软件具有更强、更灵活的功能、能面向更广泛的用户。目前，风行的天线仿真软件就是CST。

100、软件无线电
软件无线电技术，顾名思义是用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信。软件无线电技术的重要价值在于：传统的硬件无线电通信设备只是作为无线通信的基本平台，而许多的通信功能则是由软件来实现，打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。软件无线电技术的出现是通信领域继固定通信到移动通信，摸拟通信到数字通信之后第三次革命。
软件无线电的基本思想就是将宽带模数变换器(A/D)及数模变换器(D/A)尽可能地靠近射频天线，建立一个具有“A/D-DSP-D/A”模型的通用的、开放的硬件平台。在这个硬件平台上尽量利用软件技术来实现电台的各种功能模块。如使用宽带ADC通过可编程数字滤波器对信道进行分离；使用数字信号处理器(DSP)技术，通过软件编程来实现各种通信频段的选择，如HF、VHF、UHF和SHF等；通过软件编程来完成传送信息抽样、量化、编码/解码、运算处理和变换，以实现射频电台的收发功能；通过软件编程实现不同的信道调制方式的选择，如调幅、调频、单边带、数据、跳频和扩频等；通过软件编程实现不同的保密结构、网络协议和控制终端功能等。软件无线电技术是软件化、计算密集型的操作形式。

  
（本文内容为东北人原创，不经允许，谢绝任何形式的转载）

主讲人简介：
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网名：东北人。从事天线设计十余载，在RF社区和大家共同探讨天线仿真，主要使用软件是CST，希望分享个人经验与君共勉，其中不足之处希望和广大工程师朋友一起讨论，共同进步。人生格言“健康工作，快乐生活”，每天坚持跑步5千米！

其它讲解请参照：听东北人讲天线，每周一个实例，个个经典！>>
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