[科普中国]-航空天线

HIGH FREQUENCY(HF)-高频、

VERY HIGH FREQUENCY(VHF)-甚高频、

SATELLITE COMMUNICATION(SATCOM)-卫星通讯、

GLIDE SLOPE(G/S)-下滑道、

LOCALIZER(LOC)-航向道、

WEATHER RADAR(WXR)-气象雷达、

AIR TRAFFIC CONTROL(ATC)-空中交通管制、

TRAFFIC ALERT AND COLLISION AVOIDANCE SYSTEM(TCAS)-交通警告与防撞、

DISTANCE MEASURING EQUIPMENT(DME)-测距机、

VHF OMNIDIRECTIONAL RANGE(VOR)-甚高频全向信标、

AUTOMATIC DIRECTION FINDER(ADF)-自动定向机、

LOW RANGE RADIO ALTIMETER(LRRA)-低范围无线电高度表、

GLOBAL POSITION SYSTEM(GPS)-全球定位系统、

EMERGENCY LOCATOR TRANSMITTER(ELT)-应急定位发射机

1．天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统，其次要求天线与发射机或接收机匹配。

2．天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上，或对确定方向的来波最大限度的接受，即方向具有方向性。

3． 天线应能发射或接收规定极化的电磁波，即天线有适当的极化。

4． 天线应有足够的工作频带。

这四点是天线最基本的功能，据此可定义若干参数作为设计和评价天线的依据。1

把天线和发射机或接收机连接起来的系统称为馈线系统。

馈线的形式随频率的不同而分为又导线传输线、同轴线传输线、波导或微带线等。所以，所谓馈线，实际上就是传输线。

传输线→天线→向自由空间辐射的电磁波

发射：将发射机输出的高频电流能量（导波）转换成电磁波辐射出去

接收：将空间电波信号转换成高频电流能量送给接收机。2

远距离传输损耗小

能量集中

偏远地区可覆盖

天线的基本功能就是能量转换和定向辐射，所谓天线的电参数，

就是能定量表征其能量转换和定向辐射能力的量

衡量天线将能量向所需方向辐射的能力。

主瓣宽度：

主瓣宽度是衡量天线的最大辐射区域的程度的物理量。越宽越好。

旁瓣电平：

旁瓣电平是指离主瓣最近且电平最高的第一旁瓣的电平。实际上，旁瓣区是不需要辐射的区域，所以其电平越低越好。 （天线辐射的主瓣旁瓣类似方波信号的频谱图）

前后比：

前后比指最大辐射方向（前向）电平与其相反方向（后向）电平之比。前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小。前后比F / B 的计算十分简单--- F / B = 10 Lg {（前向功率密度） /（ 后向功率密度）}

方向系数：

在离天线某一距离处，天线在最大辐射方向上的辐射功率流密度与相同辐射功率的理想无方向性天线在同一距离处的辐射功率流密度之比。这是方向性中最重要的指标，能精确比较不同天线的方向性，表示了天线集束能量的电参数。

天线效率定义为天线辐射功率与输入功率之比。

常用天线的辐射电阻R

来试探天线辐射功率的能力。天线的辐射电阻是一个虚拟的量，定义如下：设有一电阻R，当通过它的电流等于天线上的最大电流时，其损耗的功率就等于其辐射功率。显然，辐射电阻的高低是衡量天线辐射能力的一个重要指标，即辐射电阻越大，说明天线的辐射能力越强。

增益系数是综合衡量天线能量转换和方向特性的参数，它的定义为：方向系数与天线效率的乘积，记为： D为方向系数，为天线效率。可见，天线方向系数和越高，则增益系数也就越高。

物理意义：

天线的增益系数描述了天线与理想的无方向性天线相比在最大辐射方向上将输出功率放大的倍数。也可以这样通俗地理解，为定向天线与理想全向天线（其辐射在各方向均等）在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号之比。

极化特性是指天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变化的规律。极化方向，就是天线电场的方向。天线的极化方式有线极化方式有线极化(水平极化和垂直极化)和圆极化(左旋极化和右旋极化)等方式。

只有收信天线的极化方向与所接收电磁波的极化方向一致才能感应出最大的信号来。根据这一原理，我们可以推断出以下结论。

对于线极化，当收信天线的极化方向与线极化方向一致（电场方向）时，感应出的信号最大（电磁波在极化方向上投影最大）；随着收信天线的极化方向与线极化方向偏离越来越多时，感应出的信号越小（投影不断减小）；当收信天线的极化方向与线极化方向正交（磁场方向）时，感应出的信号为零（投影为零）。线极化方式对天线的方向要求较高。当然在实际条件下，电磁波传播途中遇到反射折射，会引起极化方向偏转，有时一个信号既可以被水平天线接收，也可以被垂直天线接收，但无论如何，天线的极化方向常常是需要考虑的重要问题。对于圆极化，无论收信天线的极化方向如何，感应出的信号都是相同的，不会有什么差别（电磁波在任何方向上的投影都是一样的）。所以，采用圆极化方式，使得系统对天线的方位（这里的方位是天线的方位，和前面所提到的方向系统的方位是不同的）敏感性降低。因而，大多数场合都采用了圆极化方式。

天线的电参数都与频率有关，也就是说，上述电参数都是针对某一工作频率设计的，当工作频率偏离设计频率时，往往要引起天线参数的变化。当工作频率变化时，天线的有关电参数不应超出规定的范围，这一频率范围称为频带宽度，简称为天线的带宽。

对于发信机来说，天线是一个负载，如何使天线能最多地摄取能量，就要解决一个匹配总是。只有当天线本身的阻抗与发信机的阻抗相等是，才能得到最大的发射功率！对于高频信号讲，天线是很长的导线。

高频信号从馈点流向天线端点以及从端点反射回来所用的时间，足以引起天线各部分电压、电流的幅度和相位产生很大的差别，致使天线的长度、结构以及馈电点的位置不同，呈现的阻抗也不同。如中心馈电的偶极振子，当每臂长度为四分一波长时，呈现约50至75欧的纯电阻，容易做到与馈电电缆及发信机直接匹配。

当条件限制，无法将天线的长度修整到适当数值时，一般应在天线电路中附加电感电容等电抗元件抵消天线本身呈现的电抗，有时还需要加阻抗变压器将天线阻抗变换到发信电路的要求值，这些附加元件构成的设备叫“天线调谐器”或“天线匹配器”。

有效长度是衡量天线辐射能力的又一个重要指标。天线的有效长度定义如下：在保持实际天线最大辐射方向上的场强值不变的条件下，

接收天线理论

高频电磁波在空中传播，如遇着导体，就会发生感应作用，在导体内产生高频电流，使

接收天线理论

高频电磁波在空中传播，如遇着导体，就会发生感应作用，在导体内产生高频电流，使我们可以用导线接收来自远处的无线电信号。接收电磁波所用的导线，一般叫做“接收天线”。

有效接收面积是衡量一个天线接收无线电波能力的重要指标。

它的定义为：

当天线以最大接收方向对准来波方向进行接收时，接收天线传送到匹配负载的平均功率为PLmax，并假定此功率是由一块与来波方向相垂直的面积所截获，则这个面积就称为接收天线的有效接收面积。有效接收面积越大，天线接收无线电波的能力也就越强

接收天线的等效噪声温度是反映天线接收微弱信号性能的重要电参数。接收天线把从周围空间接收到的噪声功率送到接收机的过程类似于噪声电阻把噪声功率输送给与其相连的电阻网络。因此接收天线等效为一个温度为Ta的电阻。Ta越高，天线送至接收机的噪声越大，反之越小。

输入阻抗。

方向图、增益、极化、效率。 除了带宽之外，后文将对每个参数进行介绍3

天线按方向性划分有定向天线和全向天线；

按极化形式分有单极化和双极化天线。

在不同场合、不同地形、不同用户分布等情况时应采用不同的天线形式。天线的种类（型号）很多，目前基站天线的主要种类如下：

1、全向中增益（8-9dBi）、高增益（大于9dBi）普通天线（无零点填充、无赋形技术）

2、全向中增益（8-9dBi）、高增益（大于9dBi）赋形天线（零点填充）

3、全向高增益（大于9dBi）普通波束下倾天线（无零点填充，2°-6°）

4、全向高增益（大于9dBi）赋形波束下倾天线（零点填充5%-25%、下倾1.25°-6°）

5、水平面半功率波束宽度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大于16dBi）普通天线

6、水平面半功率波束宽度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大于15dBi）普通天线

7、水平面半功率波束宽度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大于16dBi）赋形天线（零点填充，上第一副瓣抑制）

8、水平面半功率波束宽度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大于15dBi）赋形天线（零点填充，上第一副瓣抑制）

9、水平面半功率波束宽度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大于16dBi） 固定电下倾天线（6°/9°），这种天线无赋形技术

10、水平面半功率波束宽度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大于15dBi）天线知识第一章天线基础知识8固定电下倾天线（6°/9°），这种天线无赋形技术

11、水平面半功率波束宽度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大于16dBi）近端手调俯仰面波束电下倾天线（0°-10°），这种天线无赋形技术

12、水平面半功率波束宽度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大于15dBi）近端手调俯仰面波束电下倾天线（0°-10°），这种天线无赋形技术

13、水平面半功率波束宽度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大于16dBi）远端遥控俯仰面波束电下倾天线（0°-10°），这种天线无赋形技术

14、水平面半功率波束宽度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大于15dBi） 远端遥控俯仰面波束电下倾天线（0°-10°），这种天线无赋形技术，

15、水平面半功率波束宽度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大于16dBi）方位面波束指向远控可调（±20°）、俯仰面波束远控可调天线（0°-10°），这种天线无赋形技术，未见有使用报道，技术有待成熟和验证，韩国公司已经开发出样品。

16、水平面半功率波束宽度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大于15dBi）方位面波束指向远控可调（±20°）、俯仰面波束远控可调天线（0°-10°），这种天线无赋形技术，未见有使用报道，技术有待成熟和验证，韩国公司已经开发出样品。

17、定向高增益（约21dBi）、水平面窄波束（30-33°）天线，这种天线体积较大，安装时应注意风载荷。

18、高前后比天线。尤其是频率紧密复用时，后瓣过大容易产生邻频（甚至同频）干扰，从而影响网络质量。前后比大于35dB天线为高前后比天线，增益、波束宽度的规格与普通定向天线一样。高前后比天线采用对数周期偶极子单元组阵而成，因此从外形上看，这种天线比较厚，但比较窄，相同增益、波束宽度时，这种天线略重。

天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输出通道，天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用反射面型天线。反射面型天线的特点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。

反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。下文对一些常用的天线作简单介绍。

抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点F上，馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列，如图1所示。发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。由于馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。接收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。

抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。缺点是天线噪声温度较高；由于采用前馈，会对信号造成一定的遮挡；使用大功率功放时，功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。

卡塞格伦天线是一种双反射面天线，它由两个发射面和一个馈源组成，如图2所示。主反射面是一个旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面，馈源置于旋转双曲面的实焦点F1上，抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合，即都位于F2点。从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合，经主副反射面的两次反射后，电波平行于抛物面法向方向定向辐射。对经典的卡塞格伦天线来说，副反射面的存在遮挡了一部分能量，使得天线的效率降低，能量分布不均匀，必须进行修正。修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后，天线效率可提高到0.7—0.75，而且能量分布均匀。目前，大多数地球站采用的都是修正型卡塞格伦天线。 卡塞格伦天线的优点是天线的效率高，噪声温度低，馈源和低噪声放大器可以安装在天线后方的射频箱里，这样可以减小馈线损耗带来的不利影响。缺点是副反射面极其支干会造成一定的遮挡。

格里高利天线也是一种双反射面天线，也由主反射面、副反射面及馈源组成，如图3所示。与卡塞格伦天线不同的是，它的副反射面是一个椭球面。馈源置于椭球面的一个焦点F1上，椭球面的另一个焦点F2与主反射面的焦点重合。格里高利天线的许多特性都与卡塞格伦天线相似，不同的是椭球面的焦点是一个实焦点，所有波束都汇聚于这一点。

对卫星通信天线的总要求是在宽频带内有较低的旁瓣、较高的口面效率及较高的G/T值，当天线的口面较小时，使用环焦天线能较好地同时满足这些要求。因此，环焦天线特别适用于VSAT地球站。 环焦天线由主反射面、副反射面和馈源喇叭三部分组成，结构如图4所示。主反射面为部分旋转抛物面，副反射面由椭圆弧CB绕主反射面轴线OC旋转一周构成，馈源喇叭位于旋转椭球面的一个焦点M上。由馈源辐射的电波经副反射面反射后汇聚于椭球面的另一焦点M’， M’是抛物面OD的焦点，因此，经主反射面反射后的电波平行射出。由于天线是绕机械轴的旋转体，因此焦点M’构成一个垂直于天线轴的圆环，故称此天线为环焦天线。环焦天线的设计可消除副反射面对对电波的阻挡，也可基本消除副反射面对馈源喇叭的回射，馈源喇叭和副反射面可设计得很近，这样有利于在宽频带内降低天线的旁瓣和驻波比，提高天线效率。缺点是主反射面地利用率低，如图4所示，AA’间的区域没有作用。

无论是抛物面天线，还是卡塞格伦天线，都有一个缺点，总有一部分电波能量被副反射面阻挡，造成天线增益下降，旁瓣增益增高。可以使用天线偏馈技术解决这个问题。所谓偏馈天线，就是将馈源和副反射面移出天线主反射面的辐射区，这样就不会遮挡主波束，从而提高天线效率，降低旁瓣电平。偏馈型天线广泛应用于口径较小的地球站。这类天线的几何结构比轴对称天线的结构要复杂得多，特别是双反射面偏馈型天线，其馈源、焦距的调整要复杂得多。

如果使用频率选择表面（FSS）作副反射面，就可以构成双频段天线。FSS是一种空间滤波器，通过在空间放置周期性的金属贴片或金属缝隙构成，它在某些频率可让电磁波无衰减的通过，而在另外一些频率将电磁波完全反射。其结构及电磁特性如图6所示，在频率f1电磁波被完全反射，在频率 f2电磁波完全通过。如果我们使用这样的FSS作副反射面，并使馈源1工作在f1，馈源2工作在f2， 则两个馈源可无干扰地工作在同一副天线上，如图7所示。利用相同地原理，可制成多频段天线，这种技术已在卫星上得到应用。这种天线地优点是可有效利用反射面，降低天线重量。4

AV59航空Trimble GNSS天线被设计为支持空中，陆地和海洋应用厘米级精度。 坚固的8孔舱壁安装允许天线在最崎岖的环境中使用。

天宝AV59 GNSS天线提供对目前和未来的全球导航卫星的信号，包括GPS L5，GLONASS和Galileo

的支持。 这确保了天线将与你的现在和未来最有可能的GNSS接收机。 全面支持GNSS AV59航空的Trimble GNSS天线提供对目前和未来的全球导航卫星的信号，包括GPS L5，GLONASS和Galileo的支持。 这确保了天线将与你的现在和未来最有可能的GNSS接收机。 强健的多路GPS天线 天线抗拒的不必要的信号干扰或多路径，这可能会导致不准确的测量。 多路径是，如在地上，周围的树木，或建筑物表面反射信号引起的。 弹性 天线设计的航空类型。 舱壁安装，确保只有崎岖的天线罩经受风吹雨打。 这是一个理想的设计为客户机控制系统建设。 天线可以安装在与汽车表面或上一个杆安装顶部平齐。 TNC连接器是位于底面确保连接的电缆也可以从环境的保护单位。

高性能的航空测绘的全球导航卫星系统的支持和测量

天宝AV37航空天线被设计为支持厘米级精度都在一个紧凑的设计对空气中的应用和跟踪SBAS信号。 这是完全由FAA认证飞机安装。 健壮的，经过认证的的全球导航卫星系统航空天线 从空中利用全球导航卫星系统的测绘和测量，需要调查天线技术等级在一个紧凑和可靠的外形。 天宝AV37 GNSS航空天线不影响性能的情况下实现。

技术要求 技术指标

频率（Frequency） 1575±5 MHz

带宽(Band Width) ≥10MHz

增益 （Gain） 4 dBi

输出驻波比（Output VSWR） 1.5 maximum

极化（Polarization） 右旋圆极化(RHCP)

阻抗(Impendance) 50Ω

补充：阿雷西博望远镜、喇叭天线、智能天线5