弱弱的问下什么是天线的近场和远场

gook2009

如题多远的距离算是天线的近场，多远算是远场？

再问下使用三角锥时，会用同轴线把三角锥和综测仪连接起来，同轴线一米左右，设置线损一般总共是二十几db。那这二十来db的损耗主要是哪损耗的？同轴线肯定不会有这么大的损耗，那主要就是三角锥中那一段自由空间损耗了，问题是这一块空间很小呀，怎么会损耗这么大呢。如果照这样算，手机发射的信号最多就传几米就很小了，那还怎么通信？

maganificant

三角锥的两个角上的场强最强

magicsissy

LZ对天线这么有兴趣，应该来搞天线，以你喜欢钻研的精神，再加上本身就是射频出身，做天线会更好上手。

PS：非讽刺，真心话[em16]

magicsissy

以下是引用gook2009在2011-3-8 23:28:27的发言：
那你认为三角锥中大概20cm左右的空间损耗20db的能量是正常的吗？那我们这样假设：查了下GSM的基站发射功率在40dbm左右，我们假定最大值50dbm,手机灵敏度-110dbm，这应该是现在手机基本上是极限了，那算下来总共160dbm的能量。按三角锥的那种损耗计算的话，也就8个20cm就损耗完了，还不到2米呀，这其中还没考虑距离增加一倍时，损耗会增加平方。这与实际很明显不符呀。

估计是进入了思考误区，但是不清楚在那儿理解有误了，你说的那几个地方假设推论后还是与实际不符呀。也可能是三角锥中的衰减特殊，不能推广到普通空间去。总之总是想不通这个。[em03][em10]

LZ，我前面已经说得很清楚了，损耗补偿不仅和距离有关，还和接收端的物理尺寸有关。三角锥之所以要那么设定路损，是因为它的接收探头口径小。不是20cm的距离一定就要损耗20dB，如果你的探头变大的，补偿是要降低的，就不需要20dB了。换句话说，同样的距离，接收端的物理尺寸变大时，是可以降低损耗的。基站天线的面积比三角锥的探头可要大多了。LZ你随便找个基站天线的规格，再好好计算一下，不计算你没有直观印象。

为什么深空探测的天线要做那么大，增加接收面积，降低路损。人类连上亿公里外火星上的探测器都能控制，用基站覆盖个几百米内的手机，有啥难的[em02]

gook2009

以下是引用ps3ps2psp在2011-3-8 12:01:35的发言：
顶楼上，虽然自己没测过，但是希望楼主找个场强仪侧下自由空间和三角锥内的场强。

现在这个公司……，哎无语。 等去其它公司了，有条件了测试下。

gook2009

以下是引用magicsissy在2011-3-8 11:36:25的发言：
？

LZ你可能进入了一个思考误区，你单纯认为损耗补偿仅仅跟距离有关，而实际上跟接收天线的物理尺寸也有关系。三角锥的探头较小，如果探头做的较大一点，换句话说接收面变大的话，相应的损耗补偿就会降低。

基站天线的物理尺寸就比较大了，而且基站天线是高增益天线，能够更好地把能量集中在它的覆盖区域内。要知道dB，dBm可是很大的折算单位。假设你与基站之间的距离为R，接收到的功率为PdBm。那么在你与基站之间的距离变成2R时，相当于距离增加一倍时，功率降低为1/4，那么接收到的功率为（P-6）dBm，这在字面上的变化看起来也并不大，对不对？当然这个模型是很理想的，没有考虑天线增益，环境影响等等。

LZ，你之所以困惑，是因为没有实际去计算这个损耗，只是自我感觉信号损耗很大，手机没法正常工作。你去找找基站天线，手机天线的一般规格，再计算一下，就会发现损耗虽然大，但完全在手机能够正常工作的范围内。你想想，一般的手机都有-100dBm的接收灵敏度，这种情况下都能维持正常通讯的。一个基站天线的功率容量都有几百瓦，手机天线的物理尺寸虽然不大，但是在几百米内接收基站天线的信号又有什么问题呢？

LZ你可能进入了一个思考误区，你单纯认为损耗补偿仅仅跟距离有关，而实际上跟接收天线的物理尺寸也有关系。三角锥的探头较小，如果探头做的较大一点，换句话说接收面变大的话，相应的损耗补偿就会降低。

基站天线的物理尺寸就比较大了，而且基站天线是高增益天线，能够更好地把能量集中在它的覆盖区域内。要知道dB，dBm可是很大的折算单位。假设你与基站之间的距离为R，接收到的功率为PdBm。那么在你与基站之间的距离变成2R时，相当于距离增加一倍时，功率降低为1/4，那么接收到的功率为（P-6）dBm，这在字面上的变化看起来也并不大，对不对？当然这个模型是很理想的，没有考虑天线增益，环境影响等等。[/COLOR]
这个理解。

LZ，你之所以困惑，是因为没有实际去计算这个损耗，只是自我感觉信号损耗很大，手机没法正常工作。你去找找基站天线，手机天线的一般规格，再计算一下，就会发现损耗虽然大，但完全在手机能够正常工作的范围内。你想想，一般的手机都有-100dBm的接收灵敏度，这种情况下都能维持正常通讯的。一个基站天线的功率容量都有几百瓦，手机天线的物理尺寸虽然不大，但是在几百米内接收基站天线的信号又有什么问题呢？[/COLOR]
那你认为三角锥中大概20cm左右的空间损耗20db的能量是正常的吗？那我们这样假设：查了下GSM的基站发射功率在40dbm左右，我们假定最大值50dbm,手机灵敏度-110dbm，这应该是现在手机基本上是极限了，那算下来总共160dbm的能量。按三角锥的那种损耗计算的话，也就8个20cm就损耗完了，还不到2米呀，这其中还没考虑距离增加一倍时，损耗会增加平方。这与实际很明显不符呀。

估计是进入了思考误区，但是不清楚在那儿理解有误了，你说的那几个地方假设推论后还是与实际不符呀。也可能是三角锥中的衰减特殊，不能推广到普通空间去。总之总是想不通这个。[em03][em10]

gook2009

以下是引用magicsissy在2011-3-8 11:33:16的发言：
？

什么是电小天线？按照H.A.Wheeler的定义是l/λ≤1/2π的天线称为电小天线。式中l为天线的最大物理尺寸，λ为工作波长。但是关于电小天线的定义，并没有一个严格的界限。R.W.P.King认为l/λ≤1/10的是电小天线，而S.A.Schlkunoff以及H.T.Friis则定义为l/λ≤1/8。

天线测量中，从有限尺寸的源天线获取平面波阵面，源必须离测试天线无限远。也就是说，严格意义上的远场距离是无限远。但是无限远的测试距离不现实也没有必要。源天线的球面波引起待测天线最大物理尺寸D上的相位误差为22.5º也就是（λ/16的波程差）说，控制在这种误差范围内的天线测量被认为是有足够精度的。这也就是为什么一般定义这个远场距离。

如果不对旁瓣电平有很高的精度要求，2D^2/λ的测量距离对中高增益的天线是合适的。问题在于，电小天线由于天线尺寸的减小，增益降低，旁瓣电平增大，方向图峰谷起伏较大。单纯使用波程差的判据是不完善的，甚至可能引起谬误，所以要附加一个峰谷起伏判据。

[em16]   很专业，学习了，thanks。

gook2009

以下是引用ps3ps2psp在2011-3-8 9:47:43的发言：
基站是有个相交的面的，如果只有1个基站才会出现你说的情况。
自由空间中比三角锥内损耗小，不信你放在里面和外面看看，经常三角锥不关严门的话会连接到外网。

我想知道三角锥内为什么会损耗那么大？[em01]

ps3ps2psp

顶楼上，虽然自己没测过，但是希望楼主找个场强仪侧下自由空间和三角锥内的场强。

magicsissy

以下是引用gook2009在2011-3-7 23:43:58的发言：
]


用三角锥是把手机放入三角锥中与综测仪无线连接，定性的判断天线的性能，三角锥与综测仪用一米长左右的同轴线连接，三角锥中手机天线与三角锥连接同轴线处的距离15厘米左右，也就是自由空间路径15厘米左右，损耗补偿是20多db。你据说的这个探头就相当于手机天线了。问题是平时使用手机时手机接收基站信号也就是手机天线那么点的面积呀，可基站的覆盖距离至少也有几百米呀。而如果照三角锥的那个损耗，平常的这种基站也就最多覆盖几米，再远手机就接收不到了。这样是不是有点矛盾呀？

LZ你可能进入了一个思考误区，你单纯认为损耗补偿仅仅跟距离有关，而实际上跟接收天线的物理尺寸也有关系。三角锥的探头较小，如果探头做的较大一点，换句话说接收面变大的话，相应的损耗补偿就会降低。

基站天线的物理尺寸就比较大了，而且基站天线是高增益天线，能够更好地把能量集中在它的覆盖区域内。要知道dB，dBm可是很大的折算单位。假设你与基站之间的距离为R，接收到的功率为PdBm。那么在你与基站之间的距离变成2R时，相当于距离增加一倍时，功率降低为1/4，那么接收到的功率为（P-6）dBm，这在字面上的变化看起来也并不大，对不对？当然这个模型是很理想的，没有考虑天线增益，环境影响等等。

LZ，你之所以困惑，是因为没有实际去计算这个损耗，只是自我感觉信号损耗很大，手机没法正常工作。你去找找基站天线，手机天线的一般规格，再计算一下，就会发现损耗虽然大，但完全在手机能够正常工作的范围内。你想想，一般的手机都有-100dBm的接收灵敏度，这种情况下都能维持正常通讯的。一个基站天线的功率容量都有几百瓦，手机天线的物理尺寸虽然不大，但是在几百米内接收基站天线的信号又有什么问题呢？

magicsissy

以下是引用gook2009在2011-3-7 23:31:53的发言：
。


相当专业撒，确实有点难懂？
再问下什么样的天线可看作电小天线，为什么电小天线不适用波程差判断？

什么是电小天线？按照H.A.Wheeler的定义是l/λ≤1/2π的天线称为电小天线。式中l为天线的最大物理尺寸，λ为工作波长。但是关于电小天线的定义，并没有一个严格的界限。R.W.P.King认为l/λ≤1/10的是电小天线，而S.A.Schlkunoff以及H.T.Friis则定义为l/λ≤1/8。

天线测量中，从有限尺寸的源天线获取平面波阵面，源必须离测试天线无限远。也就是说，严格意义上的远场距离是无限远。但是无限远的测试距离不现实也没有必要。源天线的球面波引起待测天线最大物理尺寸D上的相位误差为22.5º也就是（λ/16的波程差）说，控制在这种误差范围内的天线测量被认为是有足够精度的。这也就是为什么一般定义这个远场距离。

如果不对旁瓣电平有很高的精度要求，2D^2/λ的测量距离对中高增益的天线是合适的。问题在于，电小天线由于天线尺寸的减小，增益降低，旁瓣电平增大，方向图峰谷起伏较大。单纯使用波程差的判据是不完善的，甚至可能引起谬误，所以要附加一个峰谷起伏判据。

ps3ps2psp

基站是有个相交的面的，如果只有1个基站才会出现你说的情况。
自由空间中比三角锥内损耗小，不信你放在里面和外面看看，经常三角锥不关严门的话会连接到外网。

gook2009

以下是引用magicsissy在2011-3-6 22:32:35的发言：
为什么三角锥的补偿要那么大？是这样的，三角锥的补偿分两个部分，一个是线损，一个是路损。线损大家都知道，就是在传输线上的损耗，这个通常并不大。路损就是LZ所说的自由空间损耗，这个就很大了，是损耗的主要部分。

为什么这个损耗那么大？其实说起来，用“损耗”这个字眼似乎并不合适。天线还是把能量辐射出来了，关键就在于，测试探头能够接收的只是其中的一小部分。大家知道球面积的公式是S=4πR^2，那么手机33dBm的功率也不过2W，2W的功率要分布在这个球面上，而探头的物理口径能有多大？如果测试距离较远，那么这个路损大家可以换算成分贝看看，那可就非常大了。就算把天线的增益考虑进来，探头能够接收的能量也高不到哪里去，何况手机天线的增益通常都不高。

这也就是为什么城市里的基站要建得那么密集。为什么用于天文观测或深空探测的天线要建得像巨无霸一样。[em02]

用三角锥是把手机放入三角锥中与综测仪无线连接，定性的判断天线的性能，三角锥与综测仪用一米长左右的同轴线连接，三角锥中手机天线与三角锥连接同轴线处的距离15厘米左右，也就是自由空间路径15厘米左右，损耗补偿是20多db。你据说的这个探头就相当于手机天线了。问题是平时使用手机时手机接收基站信号也就是手机天线那么点的面积呀，可基站的覆盖距离至少也有几百米呀。而如果照三角锥的那个损耗，平常的这种基站也就最多覆盖几米，再远手机就接收不到了。这样是不是有点矛盾呀？

gook2009

以下是引用magicsissy在2011-3-6 22:15:05的发言：
天线的辐射场分为三个区域，分别是电抗性近场，辐射近场（又称为“菲涅耳区”），以及辐射远场（又称为“夫琅和费区”）。我们平时所说的近场和远场的边界是菲涅耳区与夫琅和费区边界的瑞利距离，用的是波程差作判据：“从源天线按球面波前到达待测天线之边缘与待测天线之中心的波程差为λ/16”。这个就是大家所熟悉的R=2D^2/λ。R就是待测天线到远场区边界的距离，D是天线物理口径的最大尺寸（这个物理口径的最大尺寸是这个意思：假设用一个圆球将天线包裹起来，这个圆球最小的直径。），λ就是工作波长。

假设有一个900MHz的手机，手机的板长为100mm，用的是一般的PIFA或monopole天线。由于手机天线所在的PCB都较小，PCB的地已经是辐射体而不是一般的反射体，即天线的一部分，再加上天线本身有一定的剖面高度。所以算下来，D大约取100mm多一点，按照前面的公式计算远场距离R大约为60mm。这样看来，手机天线的远场似乎并不“远”，也没多大嘛，那为什么我们平时测试手机天线的探头要离得那么远呢？[em02]

问题就在于，手机天线属于电小天线，而电小天线是不适用波程差判据的。电小天线需要附加判据，其中一种就是：“旋转待测天线导致测试距离的改变对所得测量结果影响不大，即峰谷起伏不确定度在额定值内。”计算公式就不附上了，假设峰谷起伏不确定度为0.5dB，计算所得待测天线旋转效应足够小的最小距离R=164mm，这个距离就比较远了。[em09]

我上面的说法涉及一些比较晦涩的理论，并且知识跨度有一定的跳跃性，可能不是特别直观易懂，有兴趣地可以去看看约翰克劳斯教授的《天线》中的“天线测量”一章，可以加深理解。

相当专业撒，确实有点难懂？
再问下什么样的天线可看作电小天线，为什么电小天线不适用波程差判断？

magicsissy

为什么三角锥的补偿要那么大？是这样的，三角锥的补偿分两个部分，一个是线损，一个是路损。线损大家都知道，就是在传输线上的损耗，这个通常并不大。路损就是LZ所说的自由空间损耗，这个就很大了，是损耗的主要部分。

为什么这个损耗那么大？其实说起来，用“损耗”这个字眼似乎并不合适。天线还是把能量辐射出来了，关键就在于，测试探头能够接收的只是其中的一小部分。大家知道球面积的公式是S=4πR^2，那么手机33dBm的功率也不过2W，2W的功率要分布在这个球面上，而探头的物理口径能有多大？如果测试距离较远，那么这个路损大家可以换算成分贝看看，那可就非常大了。就算把天线的增益考虑进来，探头能够接收的能量也高不到哪里去，何况手机天线的增益通常都不高。

这也就是为什么城市里的基站要建得那么密集。为什么用于天文观测或深空探测的天线要建得像巨无霸一样。[em02]

magicsissy

天线的辐射场分为三个区域，分别是电抗性近场，辐射近场（又称为“菲涅耳区”），以及辐射远场（又称为“夫琅和费区”）。我们平时所说的近场和远场的边界是菲涅耳区与夫琅和费区边界的瑞利距离，用的是波程差作判据：“从源天线按球面波前到达待测天线之边缘与待测天线之中心的波程差为λ/16”。这个就是大家所熟悉的R=2D^2/λ。R就是待测天线到远场区边界的距离，D是天线物理口径的最大尺寸（这个物理口径的最大尺寸是这个意思：假设用一个圆球将天线包裹起来，这个圆球最小的直径。），λ就是工作波长。

假设有一个900MHz的手机，手机的板长为100mm，用的是一般的PIFA或monopole天线。由于手机天线所在的PCB都较小，PCB的地已经是辐射体而不是一般的反射体，即天线的一部分，再加上天线本身有一定的剖面高度。所以算下来，D大约取100mm多一点，按照前面的公式计算远场距离R大约为60mm。这样看来，手机天线的远场似乎并不“远”，也没多大嘛，那为什么我们平时测试手机天线的探头要离得那么远呢？[em02]

问题就在于，手机天线属于电小天线，而电小天线是不适用波程差判据的。电小天线需要附加判据，其中一种就是：“旋转待测天线导致测试距离的改变对所得测量结果影响不大，即峰谷起伏不确定度在额定值内。”计算公式就不附上了，假设峰谷起伏不确定度为0.5dB，计算所得待测天线旋转效应足够小的最小距离R=164mm，这个距离就比较远了。[em09]

我上面的说法涉及一些比较晦涩的理论，并且知识跨度有一定的跳跃性，可能不是特别直观易懂，有兴趣地可以去看看约翰克劳斯教授的《天线》中的“天线测量”一章，可以加深理解。

gook2009

以下是引用hemyname在2011-3-3 17:11:11的发言：
恩，，我看到哪里资料说了啊。。。线损和空气和接触。。。一般就20多。。

找下分享下撒

gook2009

以下是引用ojisang3701在2011-3-3 10:19:58的发言：
我也感觉这个损耗 未免太大了吧

用三角锥是不都是20多吗？ 看到好多了，基本都是20多，我也一直搞不清楚为什么会损耗这么大？ 你们用补多少呀？

hemyname

恩，，我看到哪里资料说了啊。。。线损和空气和接触。。。一般就20多。。

ojisang3701

我也感觉这个损耗 未免太大了吧