天线原理基础知识大全.pdf

HUAWEI TECH. 1 华为无线规划设计部华为无线规划设计部 无线网络规划培训无线网络规划培训 天线基础知识 HUAWEI TECH. 2 内容介绍内容介绍 一、一、GSM天线发展趋向天线发展趋向 二、天线设计的概念二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术三、基站天线的基本技术 3.1 基站天线基站天线 3.2 系统要求及对应的技术系统要求及对应的技术 3.3 天线分类天线分类 3.4 赋形波束设计赋形波束设计 3.5 天线分集天线分集 3.6 无源交调无源交调 四、天线主要指标设计规范四、天线主要指标设计规范 HUAWEI TECH. 3 天线基础知识天线基础知识 一、一、GSM天线发展趋向天线发展趋向 二、天线设计的概念二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术三、基站天线的基本技术 3.1 基站天线基站天线 3.2 系统要求及对应的技术系统要求及对应的技术 3.3 天线分类天线分类 3.4 赋形波束设计赋形波束设计 3.5 天线分集天线分集 3.6 无源交调无源交调 四、天线主要指标设计规范四、天线主要指标设计规范 HUAWEI TECH. 4 GSM天线的发展趋向天线的发展趋向 1 1、全向天线或角形反射器天线、全向天线或角形反射器天线 七十年代的移动通信系统中，用户少，较少的载频七十年代的移动通信系统中，用户少，较少的载频 和少量的基站即可覆盖一个城市的移动通信需求。和少量的基站即可覆盖一个城市的移动通信需求。 2 2、单极化天线、单极化天线 八十年代中期至九十年代中后期，应用于八十年代中期至九十年代中后期，应用于gsmgsm数据蜂数据蜂 窝通信系统。窝通信系统。 每小区三副天线，对安装的空间提出了极高的要求每小区三副天线，对安装的空间提出了极高的要求 3 3、双极化天线、双极化天线 4 4、自适应天线及智能天线、自适应天线及智能天线 天线发展趋向天线发展趋向 HUAWEI TECH. 5 天线基础知识天线基础知识 一、一、GSM天线发展趋向天线发展趋向 二、天线设计的概念二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术三、基站天线的基本技术 3.1 基站天线基站天线 3.2 系统要求及对应的技术系统要求及对应的技术 3.3 天线分类天线分类 3.4 赋形波束设计赋形波束设计 3.5 天线分集天线分集 3.6 无源交调无源交调 四、天线主要指标设计规范四、天线主要指标设计规范 HUAWEI TECH. 6 天线设计的概念天线设计的概念 天线的设计主要依靠一些著名的数学方法和计算机辅助天线的设计主要依靠一些著名的数学方法和计算机辅助 设计（设计（CAD) 有限差分时域法（有限差分时域法（FDTD)，允许辐射结构为，允许辐射结构为 任意形状。任意形状。 UHF频段的全向天线均属线型结构天线，通常用矩量法分 析设计 UHF以上的定向天线大多采用线形振子或贴层激励的平板 式结构，可以用矩量法和几何绕射理论(GTD混合法)分析 计算 应用上，采用仿真软件进行设计，无需追求理论分析应用上，采用仿真软件进行设计，无需追求理论分析 HUAWEI TECH. 7 天线设计的概念天线设计的概念 天线设计的考虑因素：天线设计的考虑因素： 区域结构区域结构-确定信号覆盖区和天线方向图确定信号覆盖区和天线方向图 基地站天线基地站天线-天线高度、结构固定和波束下倾要求天线高度、结构固定和波束下倾要求 噪声电平噪声电平-热噪声和环境噪声热噪声和环境噪声 干扰干扰-干扰电平、特点，同信道和邻近信道的影响干扰电平、特点，同信道和邻近信道的影响 信号要求信号要求-最佳工作频率、带宽、交调影响和频谱复最佳工作频率、带宽、交调影响和频谱复 用用 研制和加工成本研制和加工成本 可靠性可靠性-所需要的技术维护、安装连接及其费用所需要的技术维护、安装连接及其费用 易损坏性易损坏性-室外架设、锈蚀、腐烂室外架设、锈蚀、腐烂 用户意见用户意见 HUAWEI TECH. 8 天线基础知识天线基础知识 一、一、GSM天线发展趋向天线发展趋向 二、天线设计的概念二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术三、基站天线的基本技术 3.1 基站天线基站天线 3.2 系统要求及对应的技术系统要求及对应的技术 3.3 天线分类天线分类 3.4 赋形波束设计赋形波束设计 3.5 天线分集天线分集 3.6 无源交调无源交调 四、天线主要指标设计规范四、天线主要指标设计规范 HUAWEI TECH. 9 天线的基本技术天线的基本技术 3.1 基站天线 HUAWEI TECH. 10 天线的基本知识天线的基本知识 3.1 基站天线 具体设计天线时，重要的是要估计天线硬件加工后如何安具体设计天线时，重要的是要估计天线硬件加工后如何安 装。对于基站天线，安装可能大于天线本身的成本。为此，装。对于基站天线，安装可能大于天线本身的成本。为此， 重要的不仅是要考虑降低加工成本，而且还要开发一种易重要的不仅是要考虑降低加工成本，而且还要开发一种易 于安装的天线结构设计于安装的天线结构设计。 HUAWEI TECH. 11 天线基础知识天线基础知识 一、一、GSM天线发展趋向天线发展趋向 二、天线设计的概念二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术三、基站天线的基本技术 3.1 基站天线基站天线 3.2 系统要求及对应的技术系统要求及对应的技术 3.3 天线分类天线分类 3.4 赋形波束设计赋形波束设计 3.5 天线分集天线分集 3.6 无源交调无源交调 四、天线主要指标设计规范四、天线主要指标设计规范 HUAWEI TECH. 12 系统要求及对应的技术系统要求及对应的技术 1 1、业务区内能量辐射均匀且天线增益尽可能高、业务区内能量辐射均匀且天线增益尽可能高 垂直线阵，提高增益 2 2、多信道通信，要求天线具有宽频带特性和和分路功能、多信道通信，要求天线具有宽频带特性和和分路功能 GSM蜂窝系统中基站设备频带宽度为890-960MHz， 其中890-915MHz用于收信，935-960MHz用于发信，天线带 宽要求大于8%，带内VSWR小于1.5。当天线既发射又接收时， 就会产生无源交调增加交调干扰。 HUAWEI TECH. 13 系统要求及对应的技术系统要求及对应的技术 3、频率复用技术频率复用技术 主波束倾斜，波束赋形技术 4、电磁波的衰落特性电磁波的衰落特性 分集技术：空间分集、计划分集 HUAWEI TECH. 14 系统要求及对应的技术系统要求及对应的技术 主波束倾斜主波束倾斜 在紧密频率复用方式下，采用主波束倾斜技术可以有效的降低同在紧密频率复用方式下，采用主波束倾斜技术可以有效的降低同 邻信道干扰邻信道干扰 HUAWEI TECH. 15 系统要求及对应的技术系统要求及对应的技术 旁瓣压缩旁瓣压缩 主波束附近的旁瓣压缩，可有效地缩小频率复用的距离主波束附近的旁瓣压缩，可有效地缩小频率复用的距离 HUAWEI TECH. 16 天线基础知识天线基础知识 一、一、GSM天线发展趋向天线发展趋向 二、天线设计的概念二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术三、基站天线的基本技术 3.1 基站天线基站天线 3.2 系统要求及对应的技术系统要求及对应的技术 3.3 天线分类天线分类 3.4 赋形波束设计赋形波束设计 3.5 天线分集天线分集 3.6 无源交调无源交调 四、天线主要指标设计规范四、天线主要指标设计规范 HUAWEI TECH. 17 天线的分类天线的分类 基站天线的结构或类型取决于业务区域的大小和形状以及蜂窝区基站天线的结构或类型取决于业务区域的大小和形状以及蜂窝区 和信道数量和信道数量 从功能和天线特性的角度从功能和天线特性的角度 HUAWEI TECH. 18 赋形波束技术意义赋形波束技术意义 提高空间频率复用度提高空间频率复用度 赋形波束类型赋形波束类型 扇形波束扇形波束 余割波束余割波束 赋形波束设计赋形波束设计 HUAWEI TECH. 19 天线基础知识天线基础知识 一、一、GSM天线发展趋向天线发展趋向 二、天线设计的概念二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术三、基站天线的基本技术 3.1 基站天线基站天线 3.2 系统要求及对应的技术系统要求及对应的技术 3.3 天线分类天线分类 3.4 赋形波束设计赋形波束设计 3.5 天线分集天线分集 3.6 无源交调无源交调 四、天线主要指标设计规范四、天线主要指标设计规范 HUAWEI TECH. 20 距离距离(m) 电磁信号的衰落电磁信号的衰落 天线的分集天线的分集 10 20 30 慢衰落慢衰落 快衰落快衰落 接收功率（接收功率（dBm） -20 -40 -60 HUAWEI TECH. 21 慢衰落慢衰落 由障碍物阻挡造成阴影由障碍物阻挡造成阴影 效应，接收信号强度下降，效应，接收信号强度下降， 但该场强中值随地理改变但该场强中值随地理改变 变化缓慢，故称慢衰落变化缓慢，故称慢衰落 快衰落快衰落 多径信号的矢量合成形多径信号的矢量合成形 成随机驻波场，移动台通成随机驻波场，移动台通 过该驻波场引起场强起伏，过该驻波场引起场强起伏， 称快衰落称快衰落 天线的分集天线的分集 信号衰落信号衰落 1 HUAWEI TECH. 22 空间分集空间分集 d=0.11hd=0.11hbebe h hbebe为基站分集接收天线的有效高度，为基站分集接收天线的有效高度，d d为基站分集接收天为基站分集接收天 线的间距线的间距 极化分集 +45+45/ /- -4545双极化天线可得到与空间分集天线相同的分双极化天线可得到与空间分集天线相同的分 集增益集增益 天线的分集天线的分集 HUAWEI TECH. 23 天线基础知识天线基础知识 一、一、GSM天线发展趋向天线发展趋向 二、天线设计的概念二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术三、基站天线的基本技术 3.1 基站天线基站天线 3.2 系统要求及对应的技术系统要求及对应的技术 3.3 天线分类天线分类 3.4 赋形波束设计赋形波束设计 3.5 天线分集天线分集 3.6 无源交调无源交调 四、天线主要指标设计规范四、天线主要指标设计规范 HUAWEI TECH. 24 无源交调是产生同信道干扰的主要因素之一无源交调是产生同信道干扰的主要因素之一 GSM蜂窝系统中，收发信交调功率值小于-103 dBm。 3 3阶交调和阶交调和5 5阶交调阶交调 假定两个发射载波的频率为Fi和Fj，那么第(m + n)次的 交调便为： FlmmFinFj m和n为正奇数 无源交调无源交调 HUAWEI TECH. 25 无源交调无源交调 无源无源交调交调的基本抑制方法的基本抑制方法 尽可能用一体化带状线尽可能用一体化带状线或微带或微带线线 代替电缆线代替电缆线 馈电网络馈电网络 表面表面涂镀涂镀处理，防止生成氧化物处理，防止生成氧化物 锈蚀锈蚀 减少减少焊点焊点数量，焊点出增加焊料数量，焊点出增加焊料 焊接焊接 增加接触面积，采用镀银件增加接触面积，采用镀银件接头接头 尽可能用印刷天线代替尽可能用印刷天线代替振子振子单元单元辐射器辐射器 抑制方法抑制方法PIMPIM生成点生成点 HUAWEI TECH. 26 天线基础知识天线基础知识 一、一、GSM天线发展趋向天线发展趋向 二、天线设计的概念二、天线设计的概念 三、基站天线的基本技术三、基站天线的基本技术 3.1 基站天线基站天线 3.2 系统要求及对应的技术系统要求及对应的技术 3.3 天线分类天线分类 3.4 赋形波束设计赋形波束设计 3.5 天线分集天线分集 3.6 无源交调无源交调 四、天线主要指标设计规范四、天线主要指标设计规范 HUAWEI TECH. 27 天线主要指标规范天线主要指标规范 电压驻波比电压驻波比 VWSRVWSR1.51.5 增益增益 天线的方向特性一般以方向性图来描述天线的方向特性一般以方向性图来描述 天线增益以分贝表示，通常用天线增益以分贝表示，通常用dBidBi和和dBddBd表表 示示 半功率波束宽度半功率波束宽度(HPBW)(HPBW) 垂直面内半功率宽度、水平面内半功率宽度垂直面内半功率宽度、水平面内半功率宽度 HUAWEI TECH. 28 天线主要指标规范天线主要指标规范 前后比（前后比（F/B)F/B) 前后比是衡量天线后向波束抑制能力的重要指标，前后比是衡量天线后向波束抑制能力的重要指标， 在在181845dB45dB范围内，范围内，900/1800M900/1800M定向天线前后比为定向天线前后比为2020- -25dB25dB 收发隔离收发隔离 多口天线收发公用时，端口之间的隔离度大于多口天线收发公用时，端口之间的隔离度大于30dB30dB 极化极化 天线通常使用天线通常使用4545度和度和4545度正交双线极化。以大地为基度正交双线极化。以大地为基 准面，电场矢量垂直于地面为垂直极化（准面，电场矢量垂直于地面为垂直极化（VPVP），平行于地），平行于地 面为水平极化（面为水平极化（HPHP）。）。 HUAWEI TECH. 29 天线主要指标规范天线主要指标规范 功率容量功率容量 单载波功率单载波功率20w，天线单端口功率容量大于，天线单端口功率容量大于200w 零点填充零点填充 零深相对与天线主瓣大于零深相对与天线主瓣大于20dB 上副瓣抑制上副瓣抑制 上第一副瓣电平小于上第一副瓣电平小于18dB 无源交调无源交调 无源交调小于无源交调小于2*10w HUAWEI TECH.