3、天线怎样发射信号

中兴通讯网络通信教育,Sub-Mission3内容,基站天线的产业技术发展概况天线辐射原理天线电参数的概念和意义天线工程参数,中兴通讯网络通信教育,中国天线企业的技术现状和市场现状,据有关资料显示，在移动通信、扩频通信及微波通信等科技含量较高的民用基站天线、智能天线和蓝牙天线领域，中国民族天线产品的市场占有率，只有我国整个天线市场的20%左右，规模和实力与国外国际知名天线企业有相当差距。国产天线通过近二十年的发展，与国外品牌的技术差距正在缩小，有的甚至已经不分高下。,中兴通讯网络通信教育,国内天线供应商,摩比天线西安海天中山通宇三水盛路北京邮电,中兴通讯网络通信教育,Sub-Mission3内容,基站天线的产业技术发展概况天线辐射原理天线电参数的概念和意义天线工程参数,中兴通讯网络通信教育,什么是天线,什么是天线？天线是将传输线中的电磁能转化成自由空间的电磁波，或将空间电磁波转化成传输线中的电磁能的专用设备。,中兴通讯网络通信教育,什么是天线,天线的分类按辐射方向图分：全向和定向天线按外形结构分：鞭状天线、平板天线和帽形天线按极化方式分：垂直极化天线（也叫单极化天线）和交叉极化天线（也叫双极化天线）,中兴通讯网络通信教育,什么是天线,电偶极子：长度远小于波长的导线导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力和导线的长度和形状有关。当导线的长度和和波长比拟时，导线上的电流显著增加，形成较强的辐射能力，我们将此直导线叫振子。,中兴通讯网络通信教育,什么是天线,中兴通讯网络通信教育,什么是天线,(a)：如图所示，当两根导线距离很近时，理想导线上产生的感应电动势相互抵消，辐射到两根导线之外的能量很小(b)：当两根导线张开一定的角度后，由于导线的电流方向相同，产生的感应电动势的方向相同，向外辐射的能量较大(c)：当张开导线的长度与波长可比拟时，导线上的电流大大增强，因而能够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。两臂长度均为1/4波长的振子称为对称半波振子,中兴通讯网络通信教育,什么是天线,中兴通讯网络通信教育,Sub-Mission3内容,基站天线的产业技术发展概况天线辐射原理天线电参数的概念和意义天线工程参数,中兴通讯网络通信教育,天线主要参数,电性能参数（Electricalproperties）工作频段输入阻抗驻波比极化方式增益方向图水平、垂直波瓣3dB宽度下倾角前后比旁瓣抑制与零点填充功率容量三阶互调天线口隔离,机械参数（Mechanicalproperties）尺寸重量天线罩材料外观颜色工作温度存储温度风载迎风面积接头型式包装尺寸天线抱杆防雷,中兴通讯网络通信教育,天线辐射方向图,天线辐射模式：天线辐射特性在空间坐标中的图形化表示辐射特性包括：辐射强度、场强、相位、极化辐射模式包括：主瓣和旁瓣主瓣：覆盖辐射最大方向的辐射瓣旁瓣：主瓣之外的、沿其他方向的辐射瓣天线的方向性是立体的：水平波瓣图：把天线方向图沿水平方向纵切得到的切面图垂直波瓣图：把天线方向图沿垂直方向纵切得到的切面图,中兴通讯网络通信教育,天线辐射方向图,全向天线定向天线,波瓣宽带越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强,中兴通讯网络通信教育,天线增益,天线增益的定义：在输入功率相等地条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。天线增益的物理意义：描述天线把输入功率集中辐射的程度，即最大辐射方向上的辐射效果。作为电磁能转化设备，转换的效率反映了天线的性能，因此天线增益称为选择基站天线最重要的参数之一。,中兴通讯网络通信教育,天线增益,天线通常是无源器件，其增益的概念与一般功率放大器增益的概念不同。功率放大器具有能量放大作用，但天线本身并没有增加所辐射信号的能量，它只是通过天线振子的组合并改变其馈电方式把能量集中到某一个方向。增益是天线的重要指标之一，它表示天线在某一个方向能量集中的能力。,中兴通讯网络通信教育,半波振子,理想点源（无耗均匀辐射器）,0dBd=2.15dBi,常用单位：dBd和dBidBi：表示天线在最大辐射方向场强相对于全向辐射器（理想点源）的参考值。dBd:表示天线在最大辐射方向场强相对于半波振子的参考值两者有一个固定的差值：dBi=dBd+2.15,天线增益,天线基本结构与选型,中兴通讯网络通信教育,GAIN=10log(4mW/1mW)=6dBd,增益,中兴通讯网络通信教育,10log(8mW/1mW)=9dBi,增益,中兴通讯网络通信教育,典型应用,目前一般的定向天线增益为15dBi左右。市区基站一般不宜选取增益过高的天线，这样便于控制基站覆盖距离；郊区基站一般选取增益比较高的天线，这样增加覆盖距离，在一些覆盖面积较大的区域，也不宜于选取增益过大的天线，因为增益越高，汇聚能力强，覆盖面积较集中，会产生覆盖盲区。但一些公路，铁路沿线基站，会应用一些高增益的天线。全向天线一般应用于乡村基站，360度覆盖只需要一个扇区就可以了，但全向天线不宜应用于市区。,中兴通讯网络通信教育,波束宽度（波瓣宽度）,波瓣宽度也称为半功率角，指天线辐射图中低于最大辐射方向3dB所成的夹角,中兴通讯网络通信教育,方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。还有一种波瓣宽度，即10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低10dB（功率密度降至十分之一）的两个点间的夹角。,波束宽度（半功率角）,中兴通讯网络通信教育,水平波瓣3dB宽度,在天线的水平面（垂直面）方向图上，相对于主瓣最大点功率增益下降3dB的两点之间所张的角度，定义为天线的水平（垂直）波瓣宽度（3dB宽度，可以有其它的定义方式）。定向天线：65/90/105/120全向天线：360,中兴通讯网络通信教育,垂直波瓣3dB宽度,定向天线,全向天线,中兴通讯网络通信教育,水平波瓣宽度和垂直波瓣宽度,天线辐射的大部分能量都集中在波瓣宽度内，波瓣宽度的大小反映了天线的辐射集中程度。全向天线的水平波瓣宽度为360，定向天线的水平波瓣宽度有20、30、65、90、105、120、180等，常用65、90；天线的垂直波瓣宽度一般在380之间，基站采用较多的是518的天线。天线的增益和水平及垂直波瓣宽度密切相关，一般来说，天线的波瓣宽度越小，其增益越大，在确定这三个参数时，需一起考虑。,中兴通讯网络通信教育,水平和垂直波瓣宽度选取原则,对不同传播环境、不同地形地貌，天线的水平波瓣宽度、垂直波瓣宽度一般可遵循下面的原则选取：水平波瓣宽度对基站数目较多、覆盖半径较小、话务分布较大的区域，水平波瓣宽度应选得小一点。对覆盖半径较大，话务分布较少的区域，水平波瓣宽度应选得大一些。垂直波瓣宽度对地形平坦，建筑物稀疏，平均高度较低的区域，垂直波瓣宽度可选得小一点。对地形复杂、落差大的区域，垂直波瓣宽度可选得大一些。,中兴通讯网络通信教育,水平和垂直波瓣宽度选择建议1,城区S111基站：一般选用水平波瓣宽度为65，垂直波瓣宽度为710的天线，天线增益在1518dBi之间S110或定向单扇区基站：可以选用水平波瓣宽度为65、90甚至更宽的天线，根据覆盖需求选用；垂直波瓣及增益选择同S111站型全向基站：选用增益较小、带电子下倾的天线,中兴通讯网络通信教育,水平和垂直波瓣宽度选择建议2,郊区和农村定向基站：选用水平波瓣宽度为90，垂直波瓣宽度为57的天线，天线的增益在1518dBi之间。全向基站：选用垂直波瓣宽度为57，增益在912dBi之间的天线。,中兴通讯网络通信教育,水平和垂直波瓣宽度选择建议3,水面（大的湖泊、海面等）、戈壁滩、沙漠定向基站：如果要求覆盖的区域比较开阔，考虑选用水平波瓣宽度为90或105，垂直波瓣宽度为57的天线，天线增益在1418dBi之间；如果要求覆盖距离比较远但宽度不太大（如狭长湖面，地形影响等），可考虑采用65等窄波束天线。全向基站：选用垂直波瓣宽度为57，增益在912dBi之间的天线。,中兴通讯网络通信教育,水平和垂直波瓣宽度选择建议4,公路、铁路等狭长地带：取决于需覆盖区域的距离和形状如果路线较直，可以选用水平波瓣宽度为2030，垂直波瓣宽度为57的高增益天线。如果路线弯曲幅度较大，根据具体情况可选用水平波瓣宽度为65、90甚至更大,垂直波瓣宽度为57的天线。,中兴通讯网络通信教育,水平和垂直波瓣宽度选择建议5,地形复杂、落差较大的区域，分为两种情况天线架高高于覆盖区：可根据具体情况选垂直波瓣宽度为1018的天线。大片需要覆盖的区域高于天线的架设高度：根据具体情况选1830大垂直波瓣宽度的天线。,中兴通讯网络通信教育,水平和垂直波瓣宽度选择建议6,低频系统，天线尺寸比较大天线水平波瓣宽度的选取可遵循前面的原则，垂直波瓣宽度可以在前面建议的基础上适当放宽。如果按照前面规范需要选用垂直波瓣比较小的天线，而实际只能提供垂直波瓣比较大的天线，在基站密集的城区，应选用带电下倾的天线。在天线增益一定的情况下，天线的水平半功率角与垂直半功率角成反比,中兴通讯网络通信教育,水平和垂直波瓣宽度,两者具体关系如下：例如，某一全向天线的增益为11dBi，水平半功率角为360度，其垂直半功率角为：,中兴通讯网络通信教育,波束宽度和增益的关系,当天线增益较小时，天线的垂直半功率角和水平半功率角通常较大；当天线增益较大时，天线的垂直半功率角和水平半功率角通常较小,波束宽度越大，增益越小。,中兴通讯网络通信教育,无线电波的极化,无线电波在空中传播时，其电场方向是按照一定规律变化的，这种现象称为无线电波的极化无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中电场和磁场是垂直的,中兴通讯网络通信教育,电磁波的传输,中兴通讯网络通信教育,天线的极化,天线极化就是指天线辐射时形成的电场强度方向天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向垂直极化波：当电场强度方向垂直于地面水平极化波：当电场方向平行于地面电波的极化方式：水平极化、垂直极化、圆极化,中兴通讯网络通信教育,天线的极化,垂直极化,水平极化,+45度极化,-45度极化,中兴通讯网络通信教育,天线的极化,如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫做椭圆极化波；在旋转过程中，如果电场强度的大小保持不变，我们就叫它圆极化波；向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋极化波；逆时针方向旋转的叫左旋极化波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线极化波有水平和垂直两种。电视广播一般用的是水平极化波，对陆地移动通信而言，电磁波中的电场方向与地方方向垂直，这种线极化波又称为垂直极化波,中兴通讯网络通信教育,天线的极化,左旋极化波要用具有左旋特性的天线来接收，右旋极化波要用具有右旋极化特性的天线来接收。当来波极化方向与天线极化方向不一致时，在接收过程中通常会产生极化损失。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圆极化波时，都要产生dB的极化损失，即只能接收到一半的来波能量。,中兴通讯网络通信教育,天线的极化,判断方法：看振子的放置的方向判断极化方向极化损失：发射方和接收方极化方式不一致而导致的损失极化完全隔离：发射方和接收方极化方向完全正交，天线完全接收不到来波的能量,中兴通讯网络通信教育,极化方式双极化,2个天线按照固定角度叠加在一起，传播2个独立的波，大大节省了小区的天线数量，双极化天线利用极化分集来减少移动通信系统总的多径衰落的影响，提高了基站接收信号的质量。,中兴通讯网络通信教育,极化方式(Polarization),单极化天线多采用垂直线极化双极化天线多采用45双线极化,中兴通讯网络通信教育,天线极化方式的选取原则,在城区，基站数目较多，每个基站的覆盖半径较小，考虑到安装方便，加上城区基站调整可能性比较大，为了保证分集效果，建议采用双极化天线。在郊区和农村，基站数目较少，每个基站覆盖半径较大，采用空间分集对接收效果略有改善，可以采用空间分集的单极化天线。通常情况下，如果没有特殊要求，建议全部选用双极化天线，对施工和后续的调整都比较有利。,中兴通讯网络通信教育,下倾角（DownTilt）,天线下倾是常用的一种增强主服务区信号电平，减小对其他小区干扰的一种重要手段天线下倾方式：机械下倾固定电子下倾可调电子下倾,中兴通讯网络通信教育,天线下倾方式,天线下倾方式分为机械下倾和电下倾，而电下倾方式又可分为固定电调下倾和可调电调下倾。机械下倾：通过调节天线支架将天线压低到相应位置来设置下倾角的。电子下倾：通过改变天线振子的相位来控制下倾角的。机械下倾天线只在架设时倾斜天线，价格较便宜，多用于下倾角度小于10的环境。电下倾天线价格较贵，其下倾角度范围较大（可大于10），下倾角度较大时天线方向图无明显畸变，天线后瓣也将同时下倾。对于要求下倾角比较大的情况，多采用小角度的固定电下倾天线加上机械下倾方案。在实际工程中，在采用电子下倾角的同时也可以结合机械下倾一起控制天线的倾角,中兴通讯网络通信教育,下倾角,中兴通讯网络通信教育,不下倾,电调下倾,机械下倾,电调下倾与机械下倾,中兴通讯网络通信教育,电调下倾与机械下倾,中兴通讯网络通信教育,天线3dB角、挂高、俯仰角以及天线覆盖距离之间的关系,电调下倾与机械下倾,中兴通讯网络通信教育,主瓣最大值与后瓣最大值之比前后比表明了天线对后瓣抑制的能力，前后比低的天线，天线后瓣有可能产生越区覆盖，导致切换关系混乱，产生掉话,F/B=10log(前向功率/后向功率）typically：25dB,后向功率,前向功率,前后比（FronttoBackRatio）,中兴通讯网络通信教育,天线输入阻抗Zin,定义：天线输入端信号电压和信号电流之比。输入阻抗具有电阻分量Rin和电抗分量XinZin=Rin+jXin电抗分量会减少天线从馈线对信号功率的提取，必须使电抗分量尽可能为零输入阻抗与天线的结构和工作波长有关，半波对称振子输入阻抗：Zin=73.1+j42.5,中兴通讯网络通信教育,关于传输线的几个概念,连接天线和发射机（或接收机）输出（或输入端）的导线称为传输线或馈线传输线的主要任务是有效地传输信号能量。因此它应能将天线接收的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，或将发射机发出的信号以最小的损耗传送到发射天线的输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号。这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡。当传输线的几何长度等于或大于所传送信号的波长时就叫做长传输线，简称长线。,中兴通讯网络通信教育,回波损耗,当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成反射波。回波损耗指在天线的接头处的反射功率与入射功率的比值。,如上图所示，回波损耗10log（0.5/10)=13dB,中兴通讯网络通信教育,驻波比,在不匹配情况下，馈线上同时存在入射和反射波，两者叠加形成驻波：在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为最小，形成波节；其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。反射系数、回波损耗与驻波比都是描述匹配状态的概念：反射波和入射波幅度之比叫作反射系数（)：反射波和入射波功率之比叫作回波损耗：驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波比(VSWR)：终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波比越接近于，匹配也就越好。在移动通信系统的基站天线中，在指定的工作频段、温度范围，湿度度范围内VSWR最大值应小于或等于1.5，即回波损耗大于等于14dB。,中兴通讯网络通信教育,驻波比,工程上容易发生高驻波比的地方：馈线各节点的接头接触不良，雨水渗漏馈线折断或弯曲角度过大检查驻波比的仪表是天馈测试仪（sitemaster）,中兴通讯网络通信教育,上旁瓣抑制与零点填充,中兴通讯网络通信教育,旁瓣（Sidelobes）,中兴通讯网络通信教育,零点填充,中兴通讯网络通信教育,上旁瓣抑制和零点填充,天线主瓣上面的旁瓣不仅浪费了天线辐射的能量，而且会对相邻小区形成干扰，这些旁瓣应该尽量抑制，尤其是较大的第一副瓣。天线主瓣下面的旁瓣需要对周围区域形成有效覆盖，需要对零点进行填充。主瓣上面的第一旁瓣电平应小于18dB主瓣下面的第一零点电平应大于20dB,中兴通讯网络通信教育,下旁瓣零值填充,下旁瓣零值填充，解决高山站的“塔下黑”的问题,中兴通讯网络通信教育,“塔下黑”现象解决,在一些典型的高山站，建于一些建筑物楼顶的基站，乡镇建于一些商店集中区域的基站，会由于部分基站正下方用户是天线旁瓣覆盖，另外信号受楼顶阻挡衰减，因此接收信号很差，称为“塔下黑”。解决的方法：在选址的时候尽量远离这些区域，使得这些区域用户避免旁瓣覆盖和楼顶阻挡；采用一些带有零点填充的天线，增加旁瓣的辐射能力。,中兴通讯网络通信教育,Sub-Mission3内容,基站天线的产业技术发展概况天线辐射原理天线电参数的概念和意义天线工程参数,中兴通讯网络通信教育,天线方位角,天线的方位角是以正北方向为0，顺时针旋转进行计算的。理想三扇区的小区使用120辐射模式的天线。常见的站型是S111三扇区基站。如果使用定向双极化天线进行小区扇化，一个基站就有三根天线，分别面向三个不同方向。如果使用定向单极化天线进行小区扇化，就会用到六根天线，其中每二根天线为一组分别面向三个不同方向；一组中只有一根天线发射信号，二根天线作为接收天线。由于定向单极化天线安装空间占用空间，市区空间受限制，我们通常选用定向双极化天线。,中兴通讯网络通信教育,天线高度,在接收机接收的信号功率与许多因素有关，可以归纳为两类：1发射端和接收端参数；2地形、地物干扰。发射端和接收端参数包括了：发射功率、天线增益、馈线损耗、天线高度、工作频率，以及接收机和发射机之间的距离。而地形、地物干扰就是考虑发射机和接收机之间地形的起伏和地物的遮挡。所有传播模型都与接收和发射天线的高度相关，因此天线的高度对路损有重要的影响。在接收机和发射极的参数一定的情况下，覆盖区与天线高度和增益成正比。,中兴通讯网络通信教育,天线下倾角,通过天线下倾使天线主瓣倾斜一定角度减小到达相邻站点的功率电平，即减少干扰。实际上，天线下倾角取值与天线高度、覆盖半径、天线垂直波瓣、电子下倾角参数直接相关。在覆盖半径一定的情况下，天线越高需要的下倾角越大；反之，如果天线高度一定，覆盖半径越小天线下倾角越大。在基站密集的城区，相互之间很容易形成干扰，为了使大部分能量都能辐射在覆盖区内，减少对相邻小区的干扰，设置天线的初始下倾角时，应使天线的主瓣上面的半功率点对准覆盖区的边缘。,中兴通讯网络通信教育,天线调整的手段,增加覆盖距离的方法：增加天线挂高，使用高增益天线，使用小的下倾角；减小覆盖距离的方法：降低天线挂高，使用低增益天线，增加下倾角。,中兴通讯网络通信教育,中兴通讯网络通信教育,位置与组成,全向或定向天线（ANTENNA）7/8”主馈线（MAINFEEDER）7/16”DIN-F型连接器（DINCONNECTOR）1/2”超柔跳线（JUMPCABLE）7/16”DIN-M和N-M型连接器（DIN&NCONNECTOR）天馈避雷器EMP（COAX1/4）合路器（COMBINER）分路器（MULTICOUPLER）,中兴通讯网络通信教育,位置与组成,7/8馈线是空心线，不能压，通信质量好，1/2是螺旋波纹电缆是实心线，也是转换线。室内避雷器要接地，大量雷电进入避雷器就会造成设备损坏要求每一避雷器均要接地。7/8馈线不能被压扁，否则就会使产生电流的加大，使电磁波不能正常通过，这样也会增加反射功率。,中兴通讯网络通信教育,位置与组成,1、天线调节支架:用于调整天线的俯仰角度，范围为：015；2、室外跳线:用于天线与7/8主馈线之间的连接。常用的跳线采用1/2馈线,长度一般为3米。3、接头密封件:用于室外跳线两端接头（与天线和主馈线相接）的密封.常用的材料有绝缘防水胶带（3M2228)和PVC绝缘胶带3M33+）。4、接地装置(7/8馈线接地件):主要是用来防雷和泄流,安装时与主馈线的外导体直接连接在一起。一般每根馈线装三套,分别装在馈线的上、中、下部位,接地点方向必须顺着电流方向