第4章 自适应天线原理及应用
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智能天线技术的原理与应用分析
智能天线技术的原理与应用分析摘要：目前，先进的科学技术发展加速了通信行业的进步。
通信技术和质量的提高，使许多不同类型的新生事物不断涌现。
当前智能天线在通信行业的使用变得越来越广泛，并且取得了良好的成绩。
本文分析了智能天线的原理，并对智能天线的在通信中的应用进行探讨。
关键词：智能天线技术无线通信原理应用智能天线技术采用空分复用技术，根据信号传播方向上的不一致性把具有相同时隙、相同频率的信号在空域区域进行区分，能够大幅度提高频谱资源的利用效率、减少地形、建筑等对电波传播的影响。
随着无线通信系统容量需求的增加，智能天线技术将会更广泛的应用到无线通信中。
1、智能天线的原理智能天线原名自适应天线阵列(AAA，Adaptive Antenna AHay)。
最初的智能天线技术主要用于雷达、声纳、抗干扰通信、定位、军事方面等。
用来完成空间滤波和定位。
后来被引入移动通信系统中。
智能天线通常包括波束转换智能天线fSwikhed BearIl Antenna)和自适应阵列智能天线(Adap Iive AmIy Antenna)。
智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA(DirectionofArrinal)，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。
同时，智能天线技术利用各个移动用户问信号空间特征的差异，通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。
在不增加系统复杂度的情况下，使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。
总之，自适应阵列智能天线利用基带数字信号处理技术，通过先进的算法处理，对基站的接收和发射波束进行自适应的赋形，从而达到降低干扰、增加容量、扩大覆盖和提高无线数据传输速率的目的。
目前，自适应阵列智能天线已经成为智能天线发展的主流。
移动通信信道传输环境较恶劣。
智能天线及其在无线通信中的应用
智能天线及其在无线通信中的应用
智能天线是一种新型的天线系统，它具有智能化、可控性和自适应性等特点，可以应用于各种无线通信领域。
本文将介绍智能天线的原理、特点和在无线通信中的应用。
智能天线的原理
智能天线的原理是利用电磁波散射、反射等物理现象，通过控制天线发射和接收的信号相位和幅度，达到控制天线方向和波束形状的目的。
智能天线系统主要包括天线单元、射频前端控制单元、数字信号处理单元以及控制系统。
智能天线的特点
1. 可控性强：智能天线可以通过控制电路、软件等实现信号的精确定向、聚焦和扩散，从而实现不同方向和波束形状的信号发射和接收。
2. 自适应性好：智能天线可以根据环境变化和通信需求动态调整波束方向和形状，提高信号传输质量和覆盖范围。
3. 多功能性：智能天线可以实现多种通信功能，比如多天线、宽带、多频段等，具有较大的灵活性。
4. 集成化：智能天线可以集成在手机、车载通信系统、无人机等设备中，减小系统体积和功耗，提高通信效率。
智能天线在无线通信中的应用
1. 4G/5G通信：智能天线可以实现空间分集、波束赋形和交叉极化等多个天线技术，提高系统容量和数据传输速率。
2. 雷达系统：智能天线可以实现多波束、多角度扫描和目标跟踪等功能，提高雷达探测精度和抗干扰能力。
3. 无人机通信：智能天线可以通过不同方向和波束形状的信号发射和接收，实现无人机的定位、导航和控制。
4. 智能交通系统：智能天线可以实现车辆间通信和车辆与基础设施通信，提高路况监测、导航和安全管理等功能。
综上所述，智能天线系统具有可控性强、自适应性好、多功能性和集成化等特点，可以应用于各种无线通信领域，具有广阔的应用前景。
第四章 自适应网络
8 第8页
第四章
假设传感器具有非线性输入与输出特性y = f( x) , 为了实现非线性误差的校正，可使 传感器的输出y 通过校正用神经网络。取该 环节的特性为z =F ( y ) , 如果令F ( y ) = f-1 ( y ) , 则有z = f-1 ( y ) = x。所 以只要知道特性f-1 ()即可消除传感器的非 线性。
10 第10页
第四章
4.1 自适应线性神经元模型和结构
和感知器一样，偏差可以用来作为网络的一个可调参数，提供额外可调的自由 变量以获得期望的网络特性。线性神经元可以训练学习一个与之对应的输入输 出的函数关系，或线性逼近任意一个非线性函数，但它不能产生任何非线性的 计算特性。
11 第11页
第四章
4.2 W-H学习规则
14 第14页
第四章
线性网络的权值和偏置值的更新虽然和感知机 类似，但是其原理和感知机有较大的不同。 线性网络采用的是其传输函数为一线性函数， 虽然他同感知机一样，只能解决线性可分问 题，但是线性网络要强大的多，感知机规则 能保证将训练模式收敛到一个可正确分类的 解上，只有当模式类可分离时才收敛，在不 可分的情况下，算法会来回摆动，始终不收 敛。而LMS算法使均方误差最小化，从而使网 络的边界判定边界尽量适应训练模式。
E＝T-A；
SSE＝sumsqr(E)；
％计算网络误差平方和
end
29 第29页
第四章
4.4 例题与分析
例4.1 设计自适应线性网络实现从输入矢量到 输出矢量的变换关系。其输入矢量和输出矢 量分别为： P＝[1.0 -1.2] T＝[0.5 1.0]
用自适应线性网络求解问题时，设计者要确 定期望误差值，以及最大循环次数。对此题 可分别选err_goal＝0.001；max_epoch＝20。
第四章
假设传感器具有非线性输入与输出特性y = f( x) , 为了实现非线性误差的校正，可使 传感器的输出y 通过校正用神经网络。取该 环节的特性为z =F ( y ) , 如果令F ( y ) = f-1 ( y ) , 则有z = f-1 ( y ) = x。所 以只要知道特性f-1 ()即可消除传感器的非 线性。
10 第10页
第四章
4.1 自适应线性神经元模型和结构
和感知器一样，偏差可以用来作为网络的一个可调参数，提供额外可调的自由 变量以获得期望的网络特性。线性神经元可以训练学习一个与之对应的输入输 出的函数关系，或线性逼近任意一个非线性函数，但它不能产生任何非线性的 计算特性。
11 第11页
第四章
4.2 W-H学习规则
14 第14页
第四章
线性网络的权值和偏置值的更新虽然和感知机 类似，但是其原理和感知机有较大的不同。 线性网络采用的是其传输函数为一线性函数， 虽然他同感知机一样，只能解决线性可分问 题，但是线性网络要强大的多，感知机规则 能保证将训练模式收敛到一个可正确分类的 解上，只有当模式类可分离时才收敛，在不 可分的情况下，算法会来回摆动，始终不收 敛。而LMS算法使均方误差最小化，从而使网 络的边界判定边界尽量适应训练模式。
E＝T-A；
SSE＝sumsqr(E)；
％计算网络误差平方和
end
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第四章
4.4 例题与分析
例4.1 设计自适应线性网络实现从输入矢量到 输出矢量的变换关系。其输入矢量和输出矢 量分别为： P＝[1.0 -1.2] T＝[0.5 1.0]
用自适应线性网络求解问题时，设计者要确 定期望误差值，以及最大循环次数。对此题 可分别选err_goal＝0.001；max_epoch＝20。
天线原理及应用1PPT课件
当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就 大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐 射的直导线称为振子。
6
天线电磁辐射变化
➢天线可视为一个四端网络线
➢同轴线变化为天线
7
天线电磁辐射变化
两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一 波长。全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。将振子折合 起来的，称为折合振子。
网络质量是通信企业生命线
天线原理及应用
网络部 基站班 2011年12月
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总体概述
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2
目录
一
天线原理及参数
二
基站天线实际应用
三 基站天馈线故障类型 四 天馈维护知识及案例
3
一.无线通信组网中天线的作用
什么叫无线电波？无线电波是一种能量传输形式， 在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时 这两者又都垂直于传播方向。
12
无线电波有点象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。 无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。
无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用Ｃ＝３００ ０００公里／秒表示。在媒质中的传播速度为：Ｖε`＝Ｃ /√ε，式中ε为传播媒质的相对介电常数。空气的相对介
垂直极化
水平极化
+ 45度倾斜的极化
- 45度倾斜的极化
18
19
1. 双极化天线
两个天线为一个整体 传输两个独立的波
V/H (垂直/水平)
倾斜 (+/- 45°)
20
2.极化损失
6
天线电磁辐射变化
➢天线可视为一个四端网络线
➢同轴线变化为天线
7
天线电磁辐射变化
两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一 波长。全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。将振子折合 起来的，称为折合振子。
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一
天线原理及参数
二
基站天线实际应用
三 基站天馈线故障类型 四 天馈维护知识及案例
3
一.无线通信组网中天线的作用
什么叫无线电波？无线电波是一种能量传输形式， 在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时 这两者又都垂直于传播方向。
12
无线电波有点象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。 无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。
无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用Ｃ＝３００ ０００公里／秒表示。在媒质中的传播速度为：Ｖε`＝Ｃ /√ε，式中ε为传播媒质的相对介电常数。空气的相对介
垂直极化
水平极化
+ 45度倾斜的极化
- 45度倾斜的极化
18
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1. 双极化天线
两个天线为一个整体 传输两个独立的波
V/H (垂直/水平)
倾斜 (+/- 45°)
20
2.极化损失
第4章--非频变天线分析
第4章 非频变天线
当两臂的始端馈电时，可以把两臂等角螺旋线看 成是一对变形的传输线，臂上电流沿线边传输，边辐 射，边衰减。螺旋线上的每一小段都是一基本辐射片， 它们的取向沿螺旋线而变化，总的辐射场就是这些元 辐射场的叠加。实验表明，臂上电流在流过约一个波 长后就迅速衰减到20dB以下，终端效应很弱。
d 2Ln
1 4 tan
第4章 非频变天线
max max / 4 8.02r0 8.03 （4―2―5）
min min / 4
r0
即典型相对带宽为8∶1。若要增加相对带宽，必 须增加螺旋线的圈数或改变其参数，相对带宽有可能 达到20∶1。
第4章 非频变天线
4.3 阿基米德螺旋天线
阿基米德螺旋天线(Archimedean Spiral Antenna)如
2. 终端效应弱 实际天线的尺寸总是有限的，与无限长天线的区 别就在于它有一个终端的限制。若天线上电流衰减得 快，则决定天线辐射特性的主要部分是载有较大电流 的部分，而其延伸部分的作用很小，若将其截除，对 天线的电性能不会造成显著的影响。在这种情况下， 有限长天线就具有无限长天线的电性能，这种现象就 是终端效应弱的表现，反之则为终端效应强。
a
（4―2―2）
第4章 非频变天线
R
r2
r3
r1
r4
图4―2―1 平面等角螺旋天线
第4章 非频变天线 y
r
O
x
图4―2―2 等角螺旋线
第4章 非频变天线
在图4―2―1所示的等角螺旋天线中，两个臂的四 条边缘具有相同的a，若一条边缘线为r1=r0eaφ，则只要 将该边缘旋转δ角，就可得该臂的另一边缘线r2=r0ea(φ-δ)。 另一臂相当于该臂旋转180°而构成，即r3=r0ea(φ-π)， r4=r0ea(φ-π-δ)。由于平面等角螺旋天线臂的边缘仅由角度 描述，因而满足非频变天线对形状的要求。如果取δ＝ π/2，天线的金属臂与两臂之间的空气缝隙是同一形状， 称为自补结构。
第4章 天线原理和选型原则.
网规网优天线原理和选型原则拟制: WCDMA RNP 日期：2003-07-23审核: 日期：审核: 日期：批准: 日期：HUAWEI华为技术有限公司Huawei Technologies Co., Ltd.版权所有侵权必究All rights reserved目录1概述 (5)1.1天线分类 (5)1.2天线主要技术性能 (5)1.2.1工作频段 (5)1.2.2天线增益 (5)1.2.3天线方向图 (6)1.2.4波束宽度与增益之间的关系 (7)1.2.5极化方式 (9)1.2.6下倾(downtilt) (10)1.2.7电压驻波比(VSWR) (10)1.2.8端口隔离度 (11)1.2.9功率容量 (11)1.2.10天线输入接口 (11)1.2.11无源互调（PIM） (11)1.2.12天线尺寸和重量 (11)1.2.13风载荷 (11)1.2.14工作温度和湿度 (12)1.2.15雷电防护 (12)1.2.16三防能力 (12)2天线选型原则 (13)2.1天线工作频段的选择原则 (13)2.2天线增益的选择原则 (13)2.3天线波束宽度选择原则 (13)2.4极化方式的选择原则 (14)2.5下倾方式选择原则 (14)2.5.1机械下倾与电下倾的比较 (14)2.5.2预置下倾与零点填充的作用比较 (16)2.5.3倾角的规划和优化 (16)2.6前后比的选择原则 (17)2.7天线尺寸的选择原则 (17)2.8天线阻抗的选择原则 (17)2.9特殊场合的天线选择原则 (17)3各类应用场景下的基站天线选型 (19)3.1城区基站天线选型 (19)3.2郊区基站天线选型 (20)3.3农村基站天线选型 (20)3.4公路覆盖基站天线选型 (21)3.5山区覆盖基站天线选型 (22)3.6近海覆盖基站天线选型 (23)3.7隧道覆盖基站天线选型 (24)3.8室内覆盖基站天线选型 (24)图目录图1 dBi 与dBd 的关系 (6)图2 定向天线水平与垂直方向图 (7)图3 天线增益与波束宽度的关系 (9)图4 不同下倾角时水平方向图的变化情况 (15)图5 不同的下倾方式对后瓣的不同影响 (15)图6 “8”字形全向天线方向图（水平） (18)图7 心形全向天线方向图（水平） (18)关键词：WCDMA、基站、天线选型摘要：本文从网规角度阐述了天线的一些主要技术指标及在应用中的选型方法，并具体介绍在各种不同应用环境下的天线选型原则及建议。
天线原理与设计—第四章环天线螺旋天线
4.2 螺旋天线
轴向模式的螺旋天线
电流沿整个螺旋天线近似为行波分布
4.2 螺旋天线
轴向模式的螺旋天线
A 到 D四部分的垂直分量为同相，水平分量相互抵消，因此辐射场为垂直（y）
向极化，四分之周期后，辐射场变为水平极化，因此，轴向模式螺旋天线的辐 射场具有圆极化特性
4.2 螺旋天线
轴向模式螺旋天线的工作特性
工作频带较宽，输入阻 抗近似为纯电阻
辐射场在轴向方向为圆 极化
4.2 螺旋天线
轴向模式螺旋天线的辐射方向图
(J. D. Kraus: Antenna)
4.2 螺旋天线
轴向模式螺旋天线的主瓣宽度与圈数和周长关系
4.2 螺旋天线
轴向模式螺旋天线的增益与圈数和周长的关系
4.2 螺旋天线
轴向模式螺旋天线的应用：卫星通信
问题：怎么保证环上电流均匀同相
4.1 环天线
环天线的辐射电阻
周长10λ的圆环的辐 射电阻大约为6000������
4.1 环天线
方向性系数D
4.2 螺旋天线
螺旋天线由美国俄亥俄州立大学 教授J. D. Kraus 1947年首先提出。
4.2 螺旋天线
4.2 螺旋天线
法向模式的螺旋天线
尺寸远小于波长，可近似认为电流 振幅和相位沿全长都是同相的。 一圈螺旋可近似为小电流环和电偶 极子的叠加。 对于法模螺旋天线，由于D<<λ, 辐射近似为垂直极化波。
四、环天线、螺旋天线
4.1环天线
电小环辐射场
a<<λ
4.1环天线
电偶极子和小电流环
方向图与电流源形状一 致，极化相位正交
4.1 环天线
对于一定尺寸的环，假 设环上电流均匀同相， 根据矢量磁位，可以算 出远场
第四章 Dither的原理及其在ADC中的应用
第四章 Dither的原理及其在ADC中的应用Dither的字面意思是“发抖”、“抖动”、“颤`动”。
Dither技术已运用在许多方面，如在控制系统中用Dither技术进行雷达天线的自适应补偿、射电望远镜中滑动摩擦的补偿；在铁电物质LCD中运用Dither技术可实现一千六百万种色调；在扫描光学显微镜中利用Dither 原理提高其灵敏度；在研究无序系统时注入dither则起到了很好的效果等等。
总之，Dither 技术在语音、声学仪器；分析振动和滚动的机器设备；研究电子线路的非线性畸变等许多领域得到应用。
而在这里则着重探讨Dither在ADC中的应用。
第一节 Dither信号在ADC中的运用和发展历史1951年Goodall首先将Dither信号用在视频脉码调制(PCM)中以降低量化效应。
Goodall 用一个5bit,32 level高速ADC来再生电视图像时，图像强度上由量化步长而产生轮廓效应很容易被肉眼察觉。
Goodall发现加入一个幅度均方值小于输入信号峰峰值40dB的随机噪声后，轮廓就被遮掩了。
虽然图像好比被“噪化”，但大多数观察者认为这样的系统还是比较完美的。
Robert进一步研究运用噪声屏蔽轮廓效应。
他指出通常需要6到7个量化比特才能获得良好图像，当加入伪随机噪声后，只要3到4个量化比特就能得到人们可接受的图像。
在他的工作中还有几个新思想。
首先，他提出在ADC输入端加入一定量的噪声，在重新转换为模拟信号后再减去同样量的噪声的概念；其次，他明确地指出：这种加入噪声的处理打乱了原有的数字编码步长而类似于附加噪声，这使得整个变换通道非常类似于一个模拟通道。
很明显，这种加-减结构只是平均了输入信号，而一点也没有增加噪声的均方值。
有了Dither，量化噪声就变成了宽带噪声而和信号不相关。
到了60年代早期，Dither得到广泛的应用。
这就是在量化器的输入端再加上一个模拟信号，在量化后再把它减掉。
Schuchman研究了作用在量化噪声上的Dither效应。
第四章 自适应网络
第四章
第四章 自适应线性神经元
1 第1页
第四章
学习一门学问，最重要的是把握主干内容，迅 速建立对于这门学问的整体概念，不必一开 始就考虑所有的细枝末节和特殊情况，自乱 阵脚。
2 第2页
第四章
理解是人用有限的资源去把握无限
理解的基本特征有两个：其一，理解都是从结构上 理解的，就是所谓的结构特征，其二，理解都是 全局，也就是整体特征。华罗庚说过，读书有两 个过程，先要把书读厚，这是消化的过程，然后 再把书读薄，这才是理解的象征。这强调的是整 体性。结构性特征告诉我们，要理解一个事物， 就要竭力掌握其结构而非大量容易迷惑人的细节。 不识庐山真面目，只缘身在此山中，这是阻碍理 解力提升的本质原因。在多数情况下，我们都被 细节淹没，因此，丧失了理解的可能。
神经网络方法就是通过训练样本进行学习来拟 合出一条分割线（超平面或超曲面），如果 这条分割线是一条直线（或平面，或超平 面），则称为线性神经网络，否则为非线性 神经网络，线性神经网络较好理解，理解了 线性神经网络，对于非线性神经网络则能够 更易理解，所以这里先以线性神经网络为例 来解释神经网络的原理。我们现在要关心的 问题是这条分割线是如何计算出来。
7 第7页
第四章
非线性校正
在非电量电测技术中广泛使用着各类传感器, 他们 用来将非电量转化为电量。大多数传感器的输出特 性是非线性的, 这是由于其转换原理为非线性的.为 了使传感器在整个测量范围内的灵敏度是一个常数, 即传感器的输入与输出特性是一条直线, 在传统的 模拟指示仪表中常采用三种方法: 1) 缩小测量范围, 取近似值; 2) 采用非线性指示刻度; 3) 加入非线 性校正环节。
15 第15页
第四章
W-H学习规则
定义一个线性网络的输出误差函数为：
第四章 自适应线性神经元
1 第1页
第四章
学习一门学问，最重要的是把握主干内容，迅 速建立对于这门学问的整体概念，不必一开 始就考虑所有的细枝末节和特殊情况，自乱 阵脚。
2 第2页
第四章
理解是人用有限的资源去把握无限
理解的基本特征有两个：其一，理解都是从结构上 理解的，就是所谓的结构特征，其二，理解都是 全局，也就是整体特征。华罗庚说过，读书有两 个过程，先要把书读厚，这是消化的过程，然后 再把书读薄，这才是理解的象征。这强调的是整 体性。结构性特征告诉我们，要理解一个事物， 就要竭力掌握其结构而非大量容易迷惑人的细节。 不识庐山真面目，只缘身在此山中，这是阻碍理 解力提升的本质原因。在多数情况下，我们都被 细节淹没，因此，丧失了理解的可能。
神经网络方法就是通过训练样本进行学习来拟 合出一条分割线（超平面或超曲面），如果 这条分割线是一条直线（或平面，或超平 面），则称为线性神经网络，否则为非线性 神经网络，线性神经网络较好理解，理解了 线性神经网络，对于非线性神经网络则能够 更易理解，所以这里先以线性神经网络为例 来解释神经网络的原理。我们现在要关心的 问题是这条分割线是如何计算出来。
7 第7页
第四章
非线性校正
在非电量电测技术中广泛使用着各类传感器, 他们 用来将非电量转化为电量。大多数传感器的输出特 性是非线性的, 这是由于其转换原理为非线性的.为 了使传感器在整个测量范围内的灵敏度是一个常数, 即传感器的输入与输出特性是一条直线, 在传统的 模拟指示仪表中常采用三种方法: 1) 缩小测量范围, 取近似值; 2) 采用非线性指示刻度; 3) 加入非线 性校正环节。
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第四章
W-H学习规则
定义一个线性网络的输出误差函数为：
天线原理及应用概要
Antenna & Subsystems天线原理与应用培训天馈系统事业部 2008年6月 Antenna & Subsystems目录 1 2 3 天线原理天线选型与应用警示录 Antenna & Subsystems目录 1 天线原理 1.1、天线基本概念 1.2、天线辐射参数 1.3、天线电路参数1.4、天线一体化设计理念 Antenna & Subsystems1.1 天线基本概念麦克斯韦方程：r r ∂ r r ⎧∇ × E (r , t = − B(r , t ⎪ ∂t ⎪ r r r r r r ⎪∇ × H (r , t = J (r , t + ∂ D (r , t ⎨ ∂t r r ⎪ r ⎪∇⋅ D(r , t = ρ (r , t r r ⎪∇⋅ B(r , t = 0 ⎩ (a (b (c (d 电磁辐射的机理源自麦克斯韦方程电荷能产生电场，电流能产生磁场，而且变化的电场能够产生变化的磁场，变化的磁场也能够产生变化的电场，预言了电磁波的存在。
Antenna & Subsystems1.1 天线基本概念天线的定义：能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能够有效地接收空间某特定方向来的电磁波的装置。
天线的功能：能量转换－导行波和自由空间波的转换；定向辐射（接收）－具有一定的方向性。
终端张角传输线天线的辐射原理：传输线对称振子 Antenna & Subsystems1.1 天线基本概念－半波振子根据C（光速）=f（频率）×λ（波长）得出波长与频率成反比频率越低，波长越长，天线越大波长 1/4 波长 1/2 波长 1/4 波长 1/2 波长半波振子半波振子是天线的基本辐射单元 Antenna & Subsystems1.1 天线基本概念－半波振子方向图象一个“汽车轮胎” 水平面 H面垂直面 E 面立体图水平面波束宽度 = 360º垂直面波束宽度= 78º Antenna & Subsystems1.1 天线基本概念－增益、方向图和天线尺寸之关系将“轮胎”压扁，信号就越集中，增益就越高，天线尺寸就越大。