《天线原理及选型》ppt课件

1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Internal HUAWEI Confidential 天线原理及选型 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidentiall学习完此课程，您将会：l掌握天线的作用、根本原理、常见分类、主要技术目的，从而指点如何进展典型场景下的天线选型。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential第一章第一章 天线原理天线原理第二章第二章 天线分类天线分类第三章第三章 天线主要目的天线主要目的第四章第四章 天线选型原那么天线选型原那么第五章第五章 天线新技

2、术天线新技术HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential第一章第一章 天线原理天线原理1.1天线的作用天线的作用1.2天线任务原理天线任务原理1.3天线任务带宽天线任务带宽1.4天线极化天线极化HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential1.1天线作用l把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间l搜集无线电波并产生电信号HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential天线的位置和作用基站天馈系统表示图防雷维护器防雷维护器主主馈线馈线 7/8

3、“ “ 馈线卡馈线卡走线架走线架接地安装接地安装接头密封件接头密封件绝缘密封胶带，绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带绝缘胶带天线调理支架天线调理支架板状天线板状天线抱杆抱杆50114mm室外跳线室外跳线室内超柔跳线室内超柔跳线馈线过线窗馈线过线窗基站基站天线的作用：天线的作用：将馈管中的高频电磁能转成为自在将馈管中的高频电磁能转成为自在空间的电磁波；空间的电磁波；反之将自在空间中的电磁波转化为反之将自在空间中的电磁波转化为馈管中的高频电磁能。馈管中的高频电磁能。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential第一章第一章 天线原理天线原理1.1天线的作

4、用天线的作用1.2天线任务原理天线任务原理1.3天线任务带宽天线任务带宽1.4天线极化天线极化HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential1.2天线任务原理l导线载有交变电流时，就可以构成电磁波的辐射，辐射的才干与导线的长短和外形有关；l当导线的长度增大到可与波长相比较时，导线上的电流就大大添加，因此就能构成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential1.2天线任务原理l两臂长度相等的振子叫做对称振子l每臂长度为四分之一波长，称为半波振子

5、l全长与波长相等的振子，称为全波对称振子l将振子折合起来的，称为折合振子1/2波长波长波长波长1/4波长波长1/4波长波长1/2波长波长HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential1.2天线任务原理单 元 振 子馈 电 网 络馈 电 网 络天 线 接 头天 线 接 头单 元 振 子馈 电 网 络定 向 天 线全 向 天 线HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential第一章第一章 天线原理天线原理1.1天线的作用天线的作用1.2天线任务原理天线任务原理1.3天线任务带宽天线任务带宽1.4天线极

6、化天线极化HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential1.3天线任务带宽l无论是发射天线还是接纳天线，它们总是在一定的频率范围内任务的。通常，任务在中心频率时天线所能保送的功率最大，偏离中心频率时它所保送的功率都将减小，据此可定义天线的频率带宽。l天线任务带宽有几种不同的定义：l一种是指天线增益下降3dB时的频带宽度；l一种是指在规定的驻波比下天线的任务频带宽度; l在挪动通讯系统中天线任务带宽是按后一种定义的。详细的说，就是当天线的输入驻波比1.5时，天线的任务带宽。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI C

7、onfidential第一章天线原理第一章天线原理1.1天线的作用天线的作用1.2天线任务原理天线任务原理1.3天线任务带宽天线任务带宽1.4天线极化天线极化HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential1.4天线极化l天线的极化方向：天线辐射的电磁场的电场方向垂直极化垂直极化程度极化程度极化+ 45度倾斜的极化度倾斜的极化- 45度倾斜的极化度倾斜的极化HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential双极化天线l两个天线为一个整体l传输两个独立的波V/H (垂直垂直/程度程度)倾斜倾斜 (+/-

8、 45)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential极化损失l当来波的极化方向与接纳天线的极化方向不一致时，在接纳过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接纳任一线极化波，或用线极化天线接纳任一圆极化波时，都要产生3dB的极化损失，即只能接纳到来波的一半能量； l当接纳天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，接纳天线也就完全接纳不到来波的能量，这时称来波与接纳天线极化是隔离的。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential极化隔离l隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极化中出现的比

9、例1000mW (即即1W)1mW在这种情况下的隔离为在这种情况下的隔离为10log(1000mW/1mW) = 30dBHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential第一章第一章 天线原理天线原理第二章第二章 天线分类天线分类第三章第三章 天线主要目的天线主要目的第四章第四章 天线选型原那么天线选型原那么第五章第五章 天线新技术天线新技术HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential第二章第二章 天线分类天线分类2.1按辐射方向划分按辐射方向划分2.2按外形划分按外形划分2.3按极化方式划分按

10、极化方式划分HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential2.1按辐射方向划分定向天线定向天线全向天线全向天线HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential2.2按外形划分板状天线板状天线帽形天线帽形天线鞭状天线鞭状天线面状天线面状天线HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential2.3按极化方式划分垂直极化全向天线垂直极化全向天线垂直极化定向天线垂直极化定向天线双极化天线双极化天线HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUA

11、WEI Confidential第一章第一章 天线原理天线原理第二章第二章 天线分类天线分类第三章第三章 天线主要目的天线主要目的第四章第四章 天线选型原那么天线选型原那么第五章第五章 天线新技术天线新技术HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential第三章第三章 天线主要目的天线主要目的3.1天线电气目的天线电气目的3.2天线机械目的天线机械目的HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential天线主要电气目的HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confiden

12、tial天线方向图l天线辐射的电磁场在固定间隔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。l在挪动通讯工程中，通常用功率方向图来表示，分为程度方向图和垂直方向图。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential天线方向图对称半波振子方向图对称半波振子方向图顶视顶视侧视侧视定向天定向天线线方向方向图图全向天全向天线线方向方向图图HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential天线增益l增益是指在输入功率相等的条件下，实践

13、天线在最大辐射方向与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。l增益普通与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidentiall一个天一个天线线与与对对称振子相比称振子相比较较的增益用的增益用“ “dBd表示表示l一个天一个天线线与各向同性与各向同性辐辐射射器相比器相比较较的增益用的增益用“ “dBi表示表示l例如例如: 3dBd = 5.15dBi2.15dB天线的增益HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential天线其

14、它电气目的HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential波束宽度l在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其他的瓣称 为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度。称为半功率角瓣宽。主瓣瓣宽越窄，那么方向性越好，抗干扰才干越强。工程上普通用3dB波瓣宽度。方位即程度面方向方位即程度面方向图图120 (eg)峰值峰值 - 10dB点点 - 10dB点点10dB 波束宽度波束宽度60 (eg)峰值峰值 - 3dB点点 - 3dB点点3dB 波束宽度波束宽度15 (eg)峰值峰值 - 3dB点点- 3dB点点32 (eg)

15、峰值峰值- 10dB点点- 10dB点点俯仰面即垂直面方向俯仰面即垂直面方向图图HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential波束宽度天线增益与波束宽度的关系天线增益与波束宽度的关系HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential天线下倾机械下倾机械下倾电下倾电下倾HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential前后比l方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。前后比越大，表示天线的定向接纳性能就越好。后向功率后向功率前向功率前向功率以以dB表示的前后

16、比表示的前后比 = 10 log 典型值为典型值为 25dB 左右左右 (前向功率前向功率) (反向功率反向功率)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential假设 ZA 表示天线的输入阻抗，Z0 为天线的标称特性阻抗 ，那么天线的反射系数为 ， 。也可以用回波损耗表示端口的匹配特性， 。VSWR = 1.5:1 时，R.L. = 13.98dB。天线驻波比9.5 W80 ohms50 ohms朝前朝前: 10W前往前往: 0.5W00AAZZZZ 11VSWR . .()20 lgRL dB HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,

17、LTD.HUAWEI Confidential天线互调l互调产生的缘由：l 存在磁性物质l 衔接处不严密l 不同资料的金属的接触l 一样资料的接触外表不光滑l无源互调特性是指接头，馈线，天线，滤波器等无源部件任务在多个载频的大功率信号条件下由于部件本身存在非线性而引起的互调效应。 l常见影响比较大的互调：三阶互调HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential第三章第三章 天线主要目的天线主要目的1.1天线电气目的天线电气目的1.2天线机械目的天线机械目的HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidenti

18、al天线的主要机械目的l 天线输入接口l 天线尺寸l 天线分量l 风载荷l 任务温度l 湿度要求l 雷电防护l 三防才干HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential第一章第一章 天线原理天线原理第二章第二章 天线分类天线分类第三章第三章 天线主要目的天线主要目的第四章第四章 天线选型原那么天线选型原那么第五章第五章 天线新技术天线新技术HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential第四章第四章 天线选型原那么天线选型原那么4.54.5山区山区4.64.6近海近海4.74.7隧道隧道4.84.8

19、室内室内4.14.1城区城区4.24.2郊区郊区4.34.3乡村乡村4.44.4公路公路HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential4.1天线选型原那么城区运用环境特点：运用环境特点：站址分布较密，要求单基站覆盖范围小，尽量站址分布较密，要求单基站覆盖范围小，尽量 减少越区覆盖的景象，减少导减少越区覆盖的景象，减少导频污染，提高网络质量和容量。频污染，提高网络质量和容量。天线选取原那么：天线选取原那么：任务频率：任务频率：1710 2170 MHz 1710 2170 MHz 极化方式：极化方式：4545 双极化双极化 程度波束宽度程度波束宽

20、度6565 增益：增益：15 dBi15 dBi下倾方式：下倾方式： 预置预置 6 6电下倾、或电下倾、或0 100 10 可调电下倾可调电下倾 ； 0 15 0 15可调机械下倾可调机械下倾 前后比：前后比： 25dB 25dB其他：上副瓣抑制其他：上副瓣抑制 + + 零点填充零点填充 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential4.2天线选型原那么郊区运用环境特点：运用环境特点：郊区的运用环境介于城区环境与乡村环境之间，有的地方能够更接郊区的运用环境介于城区环境与乡村环境之间，有的地方能够更接近城区，基站数量不少，这时覆盖与干扰控制在天线

21、选型时都近城区，基站数量不少，这时覆盖与干扰控制在天线选型时都要思索。而有的地方能够更接近乡村地方，覆盖成为重要要素。要思索。而有的地方能够更接近乡村地方，覆盖成为重要要素。因此在天线选型方面可以视实践情况参考城区及乡村的天线选因此在天线选型方面可以视实践情况参考城区及乡村的天线选型原那么。型原那么。65或或 90 程度波束宽度程度波束宽度 普通不采用预置电下倾的天线，即使采用预置电下倾，普通下倾角普通不采用预置电下倾的天线，即使采用预置电下倾，普通下倾角也比较小。也比较小。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential4.3天线选型原那么乡村

22、运用环境特点：运用环境特点：基站分布稀疏，话务量较小，覆盖要求广。有的地方会采用孤站覆盖，基站分布稀疏，话务量较小，覆盖要求广。有的地方会采用孤站覆盖，覆盖是最受关注的问题，这时应结合基站周围需覆盖的区域来思索覆盖是最受关注的问题，这时应结合基站周围需覆盖的区域来思索天线的选型。天线的选型。天线选取原那么：天线选取原那么：定向天线定向天线 任务频率任务频率 1710 2170 MHz / 垂直极化垂直极化 / 90 程度波束宽度程度波束宽度 / 18 dBi 增益增益 / 不预置下倾不预置下倾 / 零点填充零点填充全向天线全向天线 任务频率任务频率 1710 2170 MHz / 垂直极化垂直

23、极化 / 11 dBi 增益增益 / 不预置下倾不预置下倾 / 零点填充零点填充HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential4.4天线选型原那么公路运用环境特点：运用环境特点：该运用环境下话务量低、用户高速挪动、此时重点处理的是覆盖问题。公该运用环境下话务量低、用户高速挪动、此时重点处理的是覆盖问题。公路覆盖以带状覆盖为主，故多采用双扇区站或路覆盖以带状覆盖为主，故多采用双扇区站或“8字形全向站；在穿字形全向站；在穿过乡镇，旅游点的地域也可采用三扇区或心形全向站。过乡镇，旅游点的地域也可采用三扇区或心形全向站。天线选取原那么：天线选取原那么：

24、定向天线定向天线 任务频率任务频率 1710 2170 MHz / 垂直极化垂直极化 / 30程度波束宽度程度波束宽度 / 21 dBi 增益增益 / 不预置下倾不预置下倾 / 零点填充。零点填充。“8字形天线字形天线 任务频率任务频率 1710 2170 MHz / 垂直极化垂直极化 / 双向双向 70程度波束宽度程度波束宽度 / 14 dBi 增益增益 / 不预置下倾不预置下倾 / 零点填充。零点填充。心形天线心形天线 任务频率任务频率 1710 2170 MHz / 垂直极化垂直极化 / 210程度波束宽度程度波束宽度 / 12 dBi 增益增益 / 不预置下倾不预置下倾 / 零点填充。

25、零点填充。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential4.5天线选型原那么山区运用环境特点：运用环境特点：在偏远的丘陵山区，山体阻挠严重，电波的传播衰落较大，覆盖难度大。在偏远的丘陵山区，山体阻挠严重，电波的传播衰落较大，覆盖难度大。以下这几种情况比较常见：盆地型山区建站、高山上建站、半山腰建站、以下这几种情况比较常见：盆地型山区建站、高山上建站、半山腰建站、普通山区建站等。普通山区建站等。天线选取原那么：天线选取原那么：定向天线定向天线 任务频率任务频率 1710 2170 MHz / 垂直极化垂直极化 / 90 程度波束宽度程度波束宽度

26、/ 15 dBi 增增益益 / 预置电下倾预置电下倾 / 零点填充。零点填充。全向天线全向天线 任务频率任务频率 1710 2170 MHz / 垂直极化垂直极化 / 11 dBi 增益增益 / 预置电下倾预置电下倾 / 零零点填充。点填充。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential4.6天线选型原那么近海运用环境特点：运用环境特点：话务量较少，覆盖面广，无线传播环境好。对近海的海面进展覆盖时，话务量较少，覆盖面广，无线传播环境好。对近海的海面进展覆盖时，覆盖间隔主要受地球球面曲率、无线传播衰减限制。思索到地球球面覆盖间隔主要受地球球面曲率

27、、无线传播衰减限制。思索到地球球面曲率的影响，对海面进展覆盖的基站天线普通架设得很高，超越曲率的影响，对海面进展覆盖的基站天线普通架设得很高，超越 100m。天线选取原那么：天线选取原那么：定向天线定向天线 任务频率任务频率 1710 2170 MHz / 垂直极化垂直极化 / 30 程度波束宽度程度波束宽度 / 21 dBi 增益增益 / 不预置下倾不预置下倾 / 零点填充。零点填充。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential4.7天线选型原那么隧道运用环境特点：运用环境特点：话务量不大，根本不存在干扰控制的问题，主要是天线的选择及安装问

28、题。话务量不大，根本不存在干扰控制的问题，主要是天线的选择及安装问题。天线选取原那么：天线选取原那么： 小于小于2公里：建议选择公里：建议选择10-12dBi的八木的八木/对数周期对数周期/平板天线安装在隧道平板天线安装在隧道 口内侧对口内侧对2km以下的公路隧道进展覆盖；以下的公路隧道进展覆盖； 大于大于2公里：建议采用走漏电缆等处理。公里：建议采用走漏电缆等处理。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential4.8天线选型原那么室内运用环境特点：运用环境特点：为处理室内覆盖问题，通常是建立室内分布系统，将基站的信号经过有线为处理室内覆盖问题，通常是建立室内分布系统，将基站的信号经过有线网络直接引入到室内各区域，再经过各室内天线完成信号收发，从而到网络直接引入到室内各区域，再经过各室内天线完成信号收发，从而到达消除室内覆盖盲区，抑制干扰，为室内用户提供良好的网络覆盖。达消