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了解天线设计

发布日期:2019-11-09   作者:小天   来源:www.twl-link.cn   编辑:天科乐   访问量:283

下面提供了天线设计RF设计中常用的基本术语+定义。今天,我们将回顾:史密斯圆图,VSWR,回波损耗和Γ或反射系数。

史密斯图

史密斯圆图(Smith Chart)是为RF工程师设计的图形化辅助工具,用于解决传输线和匹配问题。阻抗值(有功和无功)通过以下关系绘制在反射系数Γ的图表上:


Z 是系统的输入阻抗(例如,您要匹配的天线的阻抗)。Z值通常包含有功和无功分量。作为示例,天线阻抗可以是30 + j56 ž 0是测量系统(例如网络分析仪)的特征阻抗。在大多数情况下,Z 0等于50欧姆并且没有电抗成分。天线阻抗30 + j56绘制在史密斯圆图上,用于帮助确定适当的匹配分量并转换负载以匹配50欧姆传输线。

V 入射是入射电压,V 反射是反射电压。这两个值之间的比值(因此,Γ)将始终大于0,但小于1。这是因为无论匹配多么差,由于至少有一些功率传输到负载天线,入射电压将始终大于反射电压。ΓV 入射和V 反射是复数值。

反射功率的量由|Γ|的量度 2(请注意|Γ|Γ的大小)。通常,反射功率以dB表示,如下所示。


例如,如果Γ 分贝 = -10分贝,则|Γ| 2 = 0.1,并且反射了入射功率的10%。在这种情况下,90%的可用功率被传输到天线中。通常将天线的阻抗带宽定义为包含以下频率范围:

Γ 分贝 £-10分贝

Γdb是最经常在网络分析仪上测量的参数。另一种常用的词是回波损耗,这简直是=-Γ 分贝。

最后,这导致了对电压驻波比(VSWR)的解释。驻波比由驻波的峰值幅度与沿传输线的驻波的最小幅度之比确定。

如何计算VSWR


VSWR的值较低表明天线匹配良好。有关如何形成驻波和行波的描述,请参见我们的博客外壳中的天线匹配第一部分:理论与原理

本文以第一部分为基础,涵盖了天线设计RF设计的常见天线定义。回波损耗,S11,天线效率和阻抗带宽。

S 11是由于传输线不匹配而在天线端口反射回多少功率的度量。连接到网络分析仪时,S 11测量返回到分析仪的能量数量,而不是传递到天线的能量。返回到分析仪的能量大小直接受到天线与传输线的匹配程度的影响。小的S 11表示已将大量能量传递到天线。S 11值以dB为单位测量,并且为负,例如:-10 dBS 11有时也称为回波损耗,简称S 11,但取正值(回波损耗=-S 11)。因此,如果天线回波损耗为8 dB,则S 11-8 dB。测量天线接受功率的第三种也是最后一种方法是VSWR(电压驻波比)。VSWR评估传输线上的波电压峰值幅度与波电压最小幅度之比。理想的VSWR1;这表明天线端口没有反射功率。当天线和传输线不完全匹配时,天线端口处的反射会反射回源并形成驻波。不匹配越严重,这些反射的幅度越大。

常用天线术语的简明定义:第一部分中提供了对回波损耗S 11VSWR及其与天线阻抗的关系的更深入研究。下面提供的图表将由于天线端口反射引起的回波损耗,VSWRdB损耗相关联。

1:回波损耗,VSWR和反射损耗

辐射效率是天线将接收到的功率转换成辐射功率的能力的度量。一个高效的天线将辐射它从传输线接受的大部分功率。所有天线都有与之相关的损耗,例如导体损耗和介电损耗。 辐射效率仅考虑与天线相关的损耗,请勿将其与回波损耗混淆。天线接受传输线传递给它的一定量的能量(以S11VSWR或回波损耗为特征),并且天线效率表征了此后天线中能量的损耗量。它通常以百分比或dB表示。例如,效率0.880%或-0.97dB

辐射效率(天线效率)


效率= P_辐射/ P_输入

*有时,使用术语天线效率代替辐射效率

天线带宽

带宽(有时简称为阻抗带宽)是指可以维持给定回波损耗的频率范围。由于回波损耗是天线从传输线接受多少功率的度量,因此天线的阻抗必须与传输线的阻抗相匹配,以实现最大功率传输。但是,天线的阻抗会随频率变化,导致天线与传输线匹配的范围有限。的带宽是在该范围的量度。它通常与给定的回波损耗或VSWR值配对。例如,下图具有260 MHz 10 dB回波损耗带宽。


1:阻抗带宽测量

天科乐在产品品质和天线质量一直不断努力加强自身研发进程。为客户提供更好更优质的服务及产品。


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