第三章 移动通信天馈系统.doc

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1、第三章移动通信天馈系统天馈系统是任何一个无线通信系统不可或缺的一个组成部分。在发信端，它将高频传导电流转变为空间的电磁波而发送出去；在接收端，它反过来将空间电磁波转变成高频信号的传导电流输入接收机。通常，一个移动通信的天馈系统由天线，共用设备，以及传输线共同组成。由于天线系统在理论上涉及较深的电磁场理论，我们将不多叙述，而仅以工程实用为主，介绍其一些基本参数及主要性能。第一节传输线传输线的作用主要是将无线电收发设备与天线相连接。对传输线的主要要求是损耗小，两端阻抗相匹配，足够的功率容限，阻燃防火等。在某些特殊场合，传输线还可用来作阻抗变换用途。一、传输线的基本参数移动通信频段使用的传输线

2、绝大多数是同轴电缆。它是一种外导体接地作为屏蔽层的不对称传输线。其等效电路如图3－1所示。图中L、R、C、G都是分布参数，分别代表传输线单位长度、电感、电阻、电容和电导。当传输线的损耗足够小时，即ωL>>R，ωC>>G，其特性阻抗。图3－1不对称传输线的等效电路（3－1）当两导体间全部充满相同的介质时，同轴电缆的分布电感和分布电容为：（3－2）式中，D和d分别为同轴电缆的外导体和内导体直径；μ和ε分别为内外导体之间介质的绝对导磁率和绝对介电常数。在一般情况下，介质均为非磁性物质，因此，式中μr和εr分别为介质的相对导磁率和相对介电常数，而μ0和ε0为真空的导磁率和介电常数：将上述数值及式

3、（3－2）代入式（3－1），则可得：（3－3）或者当时，二、传输线的一般性能当传输线的终端负载为ZL时，在终端处的电压和电流分别为VL和IL，对于特性阻抗为Z0的传输线，在线上任何位置的电压和电流可以表示为：（3－4）式中，a为相移常数，x为离终端的距离。图3－2画出了当ZL分别等于∞、0、Z0、RL和XL等五种情况下传输线上电流和电压的分布情况。如图所示，我们可以归结为：1）只有当ZL＝Z0时，传输线上电流和电压都是行波2）当ZL＝∞或0时，传输线上电流和电压都是驻波3）当ZL＝RL或XL时，传输线上也是驻波，但其峰值与谷值视RL和XL值的大小而异传输线上各点的反射波与入射波之比称为该

4、点的反射系数。当损耗很小时，（3－5）在终端负载处的反射系数（3－6）图3－2各种终端负载时传输线沿线电流电压振幅的分布传输线上各点电压、电流的振幅是入射波与反射波叠加的结果。它们同相时出现波峰；反相时出现波谷。波谷与波峰之比称为行波系数k（3－7）行波系数的倒数称为注波比或驻波系数。注波比ρ常用电压注波比的缩写VSWR表示。（3－8）而回波损耗也称为反射衰减（3－9）在匹配情况下，终端负载ZL＝Z0，p＝0，k＝1，ρ＝1。失配时ZL≠Z0，k从1至0变化；ρ从1至∞变化。我们将Vr/Vi，Pr/Pi，k和ρ数值上的对应关系列于表3－1表3－1上面已经讨论了传输线在不同终端负载下各点的

5、电压、电流分布，它们的比值就是各点的等效阻抗。若将传输线从某一特定点断开，并在该点接入原等效阻抗以代替已断开的传输线，那么在剩下的传输线上，电压、电流分布将不会改变。等效阻抗可从式（3－4）导出（3－10）当时（n＝0，1，2，3，…）则可得（3－11）即传输线上离开终端负载为λ/4奇数倍处的等效阻抗等于特性阻抗的平方除以终端负载。当时（n＝0，1，2，…）则有（3－12）即传输线上离开终端负载为λ/4偶数倍处的等效阻抗等于终端阻抗。由(3-10)和（3－11）式可得（3－13）即传输线上相隔λ/4两点的等效阻抗的乘积等于传输线的特性阻抗的平方。这一阻抗关系十分重要。λ/4传输线作阻抗变

6、换的理论依据就立足于此关系。第二节天线天线的性能可以用许多参数来衡量，如增益，方向图，驻波比，前后比等。根据互易定理——即天线用作发射和接收时进行能量转换过程的可逆性，它们的参数在发射和接收时保持不变。因此，在研究天线性能时，大多参数不必指明是发射天线还是接收天线的，只有额定功率通常只对发射天线有意义。在移动通信频段，天线的形式主要是线状天线。所谓线状天线，就是它的辐射体的长度L远大于其直径d。线状天线的基础是对称振子。对称振子就是在中点断开并馈以高频电流的导线，馈电点两边的导线的长度相等。这种对称振子可以作为独立的天线或成为复杂天线的组成单元。众所周知，电磁场理论是天线理论的基础，它以

7、麦克斯威尔建立的两个方程来描述空间电场和磁场之间的关系，在本节中我们将不引入一系列的理论作推导，而重点阐明天线的一些基本参数的物理意义及定量概念。一、天线的基本参数1）天线的有效长度天线的有效长度是指一假想天线的长度，此假想天线与它所等效的天线应满足以下关系：a．假想天线上电流均匀分布，其幅度等于它所等效的实际天线的输入电流b．假想天线与它所等效的实际天线在最大辐射方向有相同的场强以半波振子为例，，如图3－3所示，其有效长度为Z图3