天线基本知识ppt课件.ppt

Page1 1 基站天线的分类 2 基站天线的内部结构 3 基站天线的关键指标 4 美化环境天线举例 提纲 1 Page2 基站天线 全向天线 定向天线 按照水平方向图的特性划分 按照极化特性划分 单极化天线 按照极化特性划分 单极化天线 双极化天线 水平极化 垂直极化 按照极化方向划分 垂直 水平极化 45 正交极化 按照极化方向划分 单极化天线多为垂直极化双极化天线多为 45度交叉极化 1 基站天线的分类 指标特性 2 Page3 1 基站天线的分类 指标特性 全向天线在水平面内的所有方向上辐射出的电波能量都是相同的 但在垂直面内不同方向上辐射出的电波能量是不同的 定向天线在水平面与垂直面内的所有方向上辐射出的电波能量都是不同的 单极化天线多为垂直极化天线 其振子单元的极化方向为垂直方向 双极化天线多为45度角线极化天线 其振子单元为左45度与右45度线极化交叉摆放的振子 垂直极化天线 双极化天线 3 Page4 1 基站天线的分类 应用场景 按照应用场景分 室外基站定向板状天线室外基站全向天线室内全向吸顶天线室内定向壁挂天线试验用全向车载天线 车载天线 室外基站全向天线 室外基站定向天线 室内定向壁挂天线 室内全向吸顶天线 Page5 普通天线由以下几部分构成 天线罩 单元阵列 反射板 馈电网络 接头 隔离片 对于电调天线 还有移项器 2 天线的内部结构 5 Page6 3 基站天线关键指标 基本原理 天线主要用来接收UE发射过来的上行信号和发射基站输出的下行信号 从实质上讲天线是一种转换器 它可以把在封闭的传输线中传输的电磁波转换为在空间中传播的电磁波 也可以把在空间中传播的电磁波转换为在封闭的传输线中传输的电磁波 右图显示了传输线向天线结构的演变过程 6 Page7 3 基站天线关键指标 7 Page8 3 基站天线关键指标 增益 Page9 dBi定义为 实际的方向性天线 包括全向天线 相对于各向同性天线能量集中的相对能力 i 即表示各向同性 Isotropic dBd定义为 实际的方向性天线 包括全向天线 相对于半波振子天线能量集中的相对能力 d 即表示偶极子 Dipole 3 基站天线关键指标 增益 一个对称振子具有面包圈形的方向图辐射 一个各向同性的辐射器在所有方向具有相同的辐射 一个天线与对称振子相比较的增益用 dBd 表示一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用 dBi 表示例如 3dBd 5 15dBi 2 15dB 9 Page10 一个对称振子垂直面方向图 3 基站天线关键指标 增益 对于全向天线 只要将面包圈压扁就可以了 对于定向天线 还要加入反射板 让能量向集中的方向辐射 如左图示 一个对称振子立体方向图 面包圈 4个对称振子立体方向图 被压扁的面包圈 一个对称振子水平面方向图 4个对称振子水平面方向图 10 Page11 3 基站天线关键指标 极化 Page12 基站天线的极化方式有单极化天线 双极化天线两种 其本质都是线极化方式 3 基站天线关键指标 极化 12 Page13 垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收 水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收 右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收 而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收 当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时 在接收过程中通常都要产生极化损失 例如 当用圆极化天线接收任一线极化波 或用线极化天线接收任一圆极化波时 都要产生 分贝的极化损失 即只能接收到来波的一半能量 双极化天线利用极化分集来减少移动通信系统中多径衰落的影响 提高基站接收信号质量的 通常有0 90 45 45 两种 对于UHF频段 水平极化波的传播效果不如垂直极化 因此目前很少采用0 90 的交叉极化天线 3 基站天线关键指标 极化 13 Page14 天线辐射的电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形 称为方向图 用辐射场强表示的称为场强方向图 用功率密度表示的称之功率方向图 用相位表示的称为相位方向图 在移动通信工程中 通常用功率方向图来表示 天线方向图是空间立体图形 但是通常用两个互相垂直的主平面內的方向图来表示 称为平面方向图 一般叫作垂直面方向图和水平面方向图 就水平面方向图而言 有全向天线与定向天线之分 还有一些特殊的定向天线 如心形 定向天线 8字形天线 双向天线 等 天线具有的方向性本质上是通过振子的排列以及各振子馈电相位的变化来获得的 在原理上与光的干涉效应十分相似 因此会在某些方向上能量得到增强 而某些方向上能量被减弱 即形成一个个波瓣 或波束 和零点 能量最强的波瓣叫主瓣 上下次强的波瓣叫第一旁瓣 依次类推 对于定向天线 还存在后瓣 下面是一定向天线的水平及垂直面方向图 3 基站天线关键指标 方向图定义 14 Page15 3 基站天线关键指标 水平波瓣宽度 Page16 水平波瓣宽度的定义 3 基站天线关键指标 水平波瓣宽度 Page17 3 基站天线关键指标 解读方向图 2 3 基站天线关键指标 垂直波瓣宽度 Page18 3 基站天线关键指标 垂直波瓣宽度 某全向天线增益与垂直波瓣宽度的关系 18 Page19 3 基站天线关键指标 上第一副瓣抑制 Page20 3 基站天线关键指标 上第一副瓣抑制 上旁瓣抑制 下旁瓣 主瓣 尾瓣 天线 20 Page21 3 基站天线关键指标 下第一零点填充 21 Page22 上旁瓣抑制 下副瓣零值填充 主瓣 尾瓣 天线 远区副瓣 3 基站天线关键指标 下第一零点填充 22 Page23 3 基站天线关键指标 前后比 23 Page24 3 基站天线关键指标 前后比 前向功率 后向功率 以dB表示的前后比 10log典型值为25dB左右目的是有一个尽可能小的反向功率 前向功率 反向功率 24 Page25 3 基站天线关键指标 下倾 25 Page26 3 基站天线关键指标 下倾 1 固定波束电下倾 天线设计时 通过控制辐射单元的幅度和相位 使天线主波束偏离天线阵列单元取向的法线方向一定的角度 如 3 6 9 等 并与机械下倾配合 可以使天线附角调节范围达到18 20 2 手动连续可调波束电下倾 基站天线设计时采用可调移相器 获得主波束指向连续调节 不包括机械调节 可以达到0 10 的电调范围 3 有线远控波束俯角电调 该类型基站天线在设计时增加了微型伺服系统 通过精密电机控制移相器达到遥控调节目的 由于增加了有源控制电路 天线可靠性下降 同时防雷问题变得复杂 下图为电下倾示意图 天线本身不倾斜 26 Page27 无下倾时在馈电网络中路径长度相等 有下倾时在馈电网络中路径长度不相等 3 基站天线关键指标 下倾 下面示意图为电下倾的实现方式 27 Page28 两种下倾方式方向图对比 3 基站天线关键指标 下倾 无下倾 电下倾 机械下倾 28 Page29 3 基站天线关键指标 下倾 下图为不同下倾角时水平方向图的变化情况 可以看到 机械调整下倾角时 当倾角较大 虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化 但与天线主瓣垂直的方向的信号几乎没有改变 所以天线方向图严重变形 水平波束宽度随着下倾角的增大而增大 Page30 3 基站天线关键指标 端口隔离度 30 Page31 下图示意隔离度的计算方法 左端口为输入端口 输入1W功率 耦合到右端口的功率为1mW 3 基站天线关键指标 端口隔离度 1000mW 即1W 1mW 在这种情况下的隔离为10log 1000mW 1mW 30dB 31 Page32 3 基站天线关键指标 电压驻波比 回波损耗 32 Page33 这里的反射损耗为10log 10 0 5 13dBVSWR是反射损耗的另一种计量 3 基站天线关键指标 电压驻波比 回波损耗 33 Page34 3 基站天线关键指标 电压驻波比 回波损耗 电压驻波比 VSWR 对网络的影响 VSWR反射功率比辐射功率减少减少百分比3 025 2 15dB40 2 011 0 86dB18 1 88 0 67dB14 1 54 0 36dB8 0 1 42 8 0 21dB4 7 1 31 7 0 13dB2 9 1 20 8 0 07dB1 1 34 Page35 3 基站天线关键指标 阻抗匹配 35 Page36 集束天线有不同的形式 但实质上都是将三个扇区的天线集成在一起 有些供应商的设计可以满足机械调节下倾角