天线内部讲义

1、COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统1天 线 基 本 教 程天 线 基 本 教 程COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统2B B l la ah h blahb l a hblah天线是什么天线是什么? ?=电信号从有线转为无线电波形式向空中发射出去=将收集的无线电波转为电信号。C

2、OMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统3=无线电波是电磁能量在空中传播时的“振动”=无线电波在空中以30万公里/秒的速率传播=无线电波就象池塘水面顶部的波纹=无线电波在传播过程中会衰减无线电波无线电波COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统4=频率即“振动”的速率，或解释为在一秒内通过的

3、波的数量（即每秒的周期数，又叫赫兹，如取一百万作为单位，则为兆赫兹） 波长波长低频低频 高频高频 =波长是波在两个相邻周期上的相同点的距离频率与波长频率与波长COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统5A 1/2 A 1/2 波长偶极子的长度波长偶极子的长度800800MHz is 200mm MHz is 200mm 长长400400MHz is 400mm MHz is 400mm 长长=偶极子是天线中广泛应用的一种辐射单元。=偶极子的长

4、度与波长成正例。偶极子偶极子波长波长1/2 1/2 波长波长1/4 1/4 波长波长1/4 1/4 波长波长1/2 1/2 波长波长偶极子偶极子COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统6820 MHz 820 MHz 的的1/2 1/2 波长波长 180 180mm, 890 MHz mm, 890 MHz 的的 1/2 1/2 波长波长 170 170mmmm天线将优化为天线将优化为 850MHz - 175mm 850MHz - 175

5、mm天线带宽天线带宽 = 890 - 820 = 70MHz = 890 - 820 = 70MHz=当波长不是最优值时，性能下降=在频率范围内可保持可接受的性能水平频率范围频率范围850MHz850MHz偶极子的偶极子的1/21/2波长最波长最优值优值890890MHzMHz天线偶极子天线偶极子820820MHzMHzCOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统7俯视图俯视图侧视图侧视图=使“汽车轮胎”“扁平化”，将信号集中到地面需要覆盖的地

6、区=一个单一偶极子的辐射能量图看起来就象一个“汽车轮胎”天线如何控制无线辐射能量走向？天线如何控制无线辐射能量走向？立体图立体图COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统8性能的增强称为增益性能的增强称为增益. . 在这里，增益在这里，增益 = 10log(4mW/1mW) = 6dBd = 10log(4mW/1mW) = 6dBd一个偶极子的接收机一个偶极子的接收机功率为功率为1mW1mW（例）例）偶极子阵列接收机功率为偶极子阵列接收机功

7、率为 4 mW 4 mW （例）例） 集中性更强集中性更强的信号的信号“ “汽车轮胎汽车轮胎”“”“扁平化扁平化”控制辐射能量走控制辐射能量走向向=将偶极子组成阵列COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统9“扇形天线扇形天线”中的反射板将能量聚焦到一个方向，进一步提高了天线的增益。中的反射板将能量聚焦到一个方向，进一步提高了天线的增益。在这个例子中，扇形天线的增益比单一偶极子的增益为：在这个例子中，扇形天线的增益比单一偶极子的增益为：101

8、0log(8mW/1mW) = 9dBdlog(8mW/1mW) = 9dBd 方向性聚焦方向性聚焦控制无线辐射能量走向控制无线辐射能量走向“扇形天线扇形天线”接收机功率为接收机功率为 8mW 8mW （例）例）“全向阵列全向阵列”接收机接收机功率为功率为4mW4mW（例）例）天线天线（俯视图）俯视图）COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统101、增益增益 2、前后比、前后比3、波瓣宽度、波瓣宽度4、旁瓣、旁瓣5、天线下倾角、天线下倾角6

9、、阻抗、阻抗7、回波损耗、回波损耗8、极化、极化9、隔离度、隔离度天线的基本特性天线的基本特性COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统11 天线通常是无源器件，它并不放大电磁信号，天线通常是无源器件，它并不放大电磁信号，天线的增益是将天线辐射电磁波进行聚束以后比起天线的增益是将天线辐射电磁波进行聚束以后比起理想的参考天线，在输入功率相同条件下，在同一理想的参考天线，在输入功率相同条件下，在同一点上接收功率的比值，显然增益与天线的方向图有点上

10、接收功率的比值，显然增益与天线的方向图有关。方向图中主波束越窄，副瓣尾瓣越小，增益就关。方向图中主波束越窄，副瓣尾瓣越小，增益就越高。可以看出高的增益是以减小天线波束的照射越高。可以看出高的增益是以减小天线波束的照射范围为代价的。范围为代价的。 增增 益益COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统12单一偶极子的单一偶极子的“汽车轮胎汽车轮胎”形辐射图形辐射图全向辐射器在各个方向上全向辐射器在各个方向上的辐射能量相等的辐射能量相等天线相对于偶

11、极子的增益用天线相对于偶极子的增益用 “dBd” “dBd” 表示表示天线相对于全向辐射器的增益用天线相对于全向辐射器的增益用 “dBi” “dBi” 表示表示如如: 3: 3dBd = 5.17dBidBd = 5.17dBi2.172.17dBdB 偶极子比全向辐射器的增益高偶极子比全向辐射器的增益高 2.17dB 2.17dBdBd dBd 和和 dBidBiCOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统13前后比前后比=前后比是指扇形天线

12、的前向辐射功率和后向辐射功率之比后向功率后向功率前向功率前向功率前后比前后比( (dB) = 10 log dB) = 10 log ，典型值约为典型值约为25dB25dB目的是尽可能减少后向辐射功率目的是尽可能减少后向辐射功率前向功率前向功率后向功率后向功率COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统14波瓣宽度波瓣宽度=方位角 (如水平面) 图1010dB dB 波瓣宽度波瓣宽度120120 ( (eg)eg)峰值峰值峰值峰值 - 10 -

13、 10dBdB峰值峰值 - 10 - 10dBdB6060 ( (eg)eg)峰值峰值峰值峰值 - 3 - 3dBdB峰值峰值 - 3 - 3dBdB3 3dB dB 波瓣宽度波瓣宽度1515 ( (eg)eg)峰值峰值峰值峰值 - 3 - 3dBdB峰值峰值 - 3 - 3dBdB3232 ( (eg)eg)峰值峰值峰值峰值 - 10 - 10dBdB峰值峰值 - 10 - 10dBdB=仰角(如垂直面) 图COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通

14、信 系 统15旁瓣旁瓣上旁瓣抑制上旁瓣抑制 (dB) (dB)下旁瓣抑制下旁瓣抑制 ( (dB)dB)COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统16电缆电缆 50 50 欧姆欧姆 天线天线 50 50 欧姆欧姆阻抗阻抗=阻抗是电磁能量通过介质的一个特性=阻抗的单位为欧姆()。为实现良好的性能，阻抗需达到匹配状态为实现良好的性能，阻抗需达到匹配状态 80 80 欧姆欧姆COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOM

15、BACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统17回波损耗回波损耗=阻抗的变化会干扰能量流传输的方式，并使部分能量反弹9.5 9.5 W W80 80 欧姆欧姆50 50 欧姆欧姆前向前向: 10: 10W W回波回波: 0.5: 0.5W W此例中，回波损耗为此例中，回波损耗为 10log(10/0.5) = 13dB 10log(10/0.5) = 13dBVSWR (VSWR (驻波比驻波比) ) 是对此现象的另一种度量方法，是对此现象的另一种度量方法，COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBAC

16、OMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统18垂直方式垂直方式水平方式水平方式+ 45+ 45斜角斜角- 45- 45斜角斜角极化极化=无线电波振动的平面称为它的极化面COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统19双极化天线双极化天线=即一个单元中有两个天线=两个天线中的波是相互独立的V/H (V/H (垂直垂直/ /水平水平) )斜角斜角 (+/-

17、45 (+/- 45) )COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统20隔离度隔离度=隔离度是某一极化接收到的另一极化信号的比例10001000mW (mW (即即 1 1W)W)1 1mWmW该例子中，隔离度为：该例子中，隔离度为：10log(1000mW/1mW) = 30dB10log(1000mW/1mW) = 30dBCOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOM

18、BACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统21交调交调 = 天线交调产物是指当两个或多个频率信号经过天线时，由于天线的非线性而引起的与原信号有和差关系的射频信号。=在多载波T/R双工系统中必需重点考虑充分了解其非线性特点。 =我国移动通信系统基站天线技术条件要求：三阶交调信号三阶交调信号 -107dBm。 COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统221 1、天线分集技术天线分集技术2 2、 遥控电调电下

19、倾天线遥控电调电下倾天线 网络优化中的天线网络优化中的天线COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统23=抗衰落方式：抗衰落方式：我们都很熟悉在移动通信中由于多径传输使信号产生快衰落，衰落电平变化幅度可达30dB，每秒钟近20次，这显然是严重的干扰。A、 目前解决多径干涉引起的快衰落主要依靠天线的空间分集与极化分集；B、 第三代移动通信中利用Rake接收机技术及智能天线可以更有效的解决多径传输引起的信号快衰落效应。网络优化中天线的作用网络优化

20、中天线的作用 COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统24=天线的选取：天线的选取： 为了达到无缝隙覆盖，同时减少小区间的相互干扰，正确选择基站天线是十分重要的。A、 目前对于三扇区在话务量密集地区通常选用半功率波束宽度为65o的双极化定向天线；B、对于话务量不大，主要考虑覆盖面积大的要求，此时基站间距大，则可用全向天线。COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBA

21、COMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统25=下倾角的调整：下倾角的调整： 对高话务量区也可通过调整基站天线的俯仰角改善照射区的范围，使基站的业务接入能力加大；而对低话务量区也可通过调整基站天线的俯仰角加大照射区范围，吸入更多的话务量，这样可以使整个网络的容量扩大，通话质量提高。根据公式 （式中是波束倾角，h为基站天线高度，r为站间距离）可算出天线的俯仰角（波束倾角）。COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系

22、 统26=天线高度的调整：天线高度的调整：为了减少照射区内由于建筑物而产生的阻抗效应，还需对天线架设高度进行调整，这样才能保证照射区内满足最低照射电平要求。=塔下塔下“黑黑”的问题的解决：的问题的解决：利用赋形天线（上旁瓣抑制、下旁瓣零值填充），可以降低其它基站带来的干扰及彻底解决塔下“黑”的问题。 COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统27=常用分集技术有：极化分集和空间分集。常用分集技术有：极化分集和空间分集。 极化分集：利用不同极化天线的接收信号之间的不相极化分集：利用不同极化天线的接收信号之间的不相关性获得分集增益。关性获得分集增益。空间分集：利用信号路径衰落不相关性获得分集增益空间分集：利用信号路径衰落不相关性获得分集增益。可分为：水平分集和垂直分集。可分为：水平分集和垂直分集。 COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 统28=遥控电调电下倾天线遥控电调电下倾天线 前面我们已经介绍了在网络优化中需要不断地调整前面我们已经介绍了在网络优化中需要