天线增益对防爆影响...pdf

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1、24天线增益对防爆影响分析报告681012141618202224262830323436384042444648-1-1.背景2防爆认证标准GB3836.1，对于射频阈功率的定义如下。4标准中，明确该限值为射频输出功率加天线增益的总体结果。6考虑射频的输出功率，主要影响的是空间的电场强度，在远场的电场强度，通常用EIRP（(EffeCtiveIsotropicRadiatedPower)来表示的，其计算关系为EIRP=机顶输出功率+天线增8益。其物理意义如下：l场景1：机顶输出功率为1W(30dBm)，

2、天线增益为10dBi，远场某点接收端能接收到10一个场强E1l场景2：机顶输出功率为10W(40dBm)，天线增益为0dBi，远场某点接收端能接收到12一个场强E2两种场景下，接收端接收到的电场强度是相等的。因此，EIRP的值即为40dBm。14但考虑天线的辐射特性，对防爆影响最大的天线近场的电场强度，过强的电场强度，有可16能引起空气的放电或火花。而根据天线的工作原理，其近场的场强并不满足机顶输出功率加天线增益的关系。18下面将分析通信中近场用的线性天线阵列，分析引入天线增益后，天线近场的变化特性。20

3、2.基本天线原理天线的本质是通过设计电流在天线上的分布，实现辐射能量的定向性，基站天线通常都是22通过阵列来实现能量的定向性。242.1.最基本的半波振子E(r)r-z¢rz¢26上图示例了线天线电场的坐标关系，观察电的场强为各个电流的积分：28-2-2pI(z¢)exp(-jr-z¢)ll2E(r)=-jwm×ò-l4pr-z¢24电场随距离的变化关系为1/R，而能量随距离关系为1/R。因此，电场强度随距离递减，隔爆主要关注的是天线附近近场的场强。下图为一个半波振子附6近（y轴

4、+/-0.5个波长附近）的电场分布情况，也验证了大的场强是出现在振子附近，其中激励功率为30dBm。81012-3-2.2.最简单的天性阵列2下面分析由两个半波振子组成的垂直阵列:a4在观察电的场强为两个振子产生场强的矢量叠加，假设观察点与-y轴的夹角为a，单一振子在6此点的场强为E1，则合成的场强为E(y)=E+E=Ecos(a)1218因此，有两个场景10l场景1：远场场景12远场场景(a<5度，观察点离天线距离大于6个天线口径尺寸)，此时cos(a)约为1,则电场迁都为两个振子的同相叠加，即E

5、=2E；相比单一振子辐射，单一振子不需要功分器，因此激114励电压是阵列馈电时的2，也即单振子辐射的场强为2E。1因此，通过功分后的2天线阵列，实现了比单振子多3dB的能量增益。16下图比较了单天线和双天线阵列在远场电压分布、方向性增益的图，可见在远场，双天线实现了3dB的增益。18单个半波振子(1W馈电)两个半波振子组成的天线阵列(1W馈电，每振子0.5W馈电)三维远场电压分布场强为21dBV/m场强为24dBV/m-4-三维方向增益图方向性增益:3.3dB方向性增益:6.4dB2场景2：近场场景4根据

6、前面的坐标图，可以看出：当角度a较大时，电场矢量之间不能完全按照等方向叠加，此时在近场是无法实现电场的增益的。由于近场的电磁场数学推导非常难进行，因此可通过仿真6软件来分析天线的近场场强分布8下图比较了单振子和双振子阵列情况下，天线附近的电场分布。可见，由于天线阵列实现时，虽然远场电场有增益，但由于阵列馈电都经过了功分网络，会导10致各振子的近场场强降低，反而有利与防暴的要求。单个半波振子(1W馈电)两个半波振子组成的天线阵列(1W馈电，每振子0.5W馈电)近场电场分布-5-23.总结41)对于射频的防暴

7、功率要求，主要还是要看设备输出在空气中的电场强度不能超过阈值。2)天线电场强度最大的地方，必定是位于天线辐射单元的最近部分，场强能力随距离成261/R衰减。3)天线在远场获得场强增益，是通过各个振子在观察点的矢量同向叠加获得的。但在于天线8近场，同向叠加不再成立，因此近场不能简单的用输出功率加天线增益来界定。4)对于天线采用阵列形式实现的辐射单元，建议按照单振子的最大输出功率来界定阈值。或10者测试方法中用近场探头测量电场方式来界定阈值。12-6-