天线基本理论

天线基本理论1第1页，共46页，2023年，2月20日，星期六天线是什么?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。2第2页，共46页，2023年，2月20日，星期六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3第3页，共46页，2023年，2月20日，星期六频率即“振动”的速率，或解释为在一秒内通过的波的数量（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）

波长低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4第4页，共46页，2023年，2月20日，星期六A1/2波长偶极子的长度 800MHzis~200mm长

400MHzis~400mm长偶极子是天线中广泛应用的一种辐射单元。偶极子的长度与波长成正例。偶极子波长1/2波长1/4波长1/4波长1/2波长偶极子5第5页，共46页，2023年，2月20日，星期六820MHz的1/2波长~180mm,890MHz的1/2波长~170mm天线将优化为~850MHz-175mm天线带宽=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850MHz偶极子的1/2波长最优值890MHz天线偶极子820MHz6第6页，共46页，2023年，2月20日，星期六俯视图侧视图使“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？立体图7第7页，共46页，2023年，2月20日，星期六性能的增强称为增益.在这里，增益=10log(4mW/1mW)=6dBd一个偶极子的接收机功率为1mW（例）偶极子阵列接收机功率为

4mW（例）集中性更强的信号“汽车轮胎”“扁平化”——控制辐射能量走向将偶极子组成阵列8第8页，共46页，2023年，2月20日，星期六“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。在这个例子中，扇形天线的增益比单一偶极子的增益为：10log(8mW/1mW)=9dBd

方向性聚焦——控制无线辐射能量走向“扇形天线”接收机功率为8mW（例）“全向阵列”接收机功率为4mW（例）天线（俯视图）9第9页，共46页，2023年，2月20日，星期六1、增益

2、前后比3、波瓣宽度4、旁瓣5、天线下倾角6、阻抗7、回波损耗8、极化9、隔离度天线的基本特性10第10页，共46页，2023年，2月20日，星期六

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范围为代价的。

增益11第11页，共46页，2023年，2月20日，星期六单一偶极子的“汽车轮胎”形辐射图全向辐射器在各个方向上的辐射能量相等天线相对于偶极子的增益用“dBd”表示天线相对于全向辐射器的增益用“dBi”表示如:3dBd=5.17dBi2.17dB偶极子比全向辐射器的增益高2.17dBdBd和dBi12第12页，共46页，2023年，2月20日，星期六前后比前后比是指扇形天线的前向辐射功率和后向辐射功率之比后向功率前向功率前后比(dB)=10log，典型值约为25dB目的是尽可能减少后向辐射功率前向功率后向功率13第13页，共46页，2023年，2月20日，星期六波瓣宽度方位角(如水平面)图10dB波瓣宽度120°(eg)峰值峰值-10dB峰值-10dB60°(eg)峰值峰值-3dB峰值-3dB3dB波瓣宽度15°

(eg)峰值峰值-3dB峰值-3dB32°

(eg)峰值峰值-10dB峰值-10dB仰角(如垂直面)图14第14页，共46页，2023年，2月20日，星期六旁瓣上旁瓣抑制(dB)下旁瓣抑制(dB)15第15页，共46页，2023年，2月20日，星期六天线下倾角下倾角使天线波束指向地面无下倾角电调下倾角机械下倾角16第16页，共46页，2023年，2月20日，星期六天线下倾角17第17页，共46页，2023年，2月20日，星期六 电缆

50欧姆天线

50欧姆 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80欧姆18第18页，共46页，2023年，2月20日，星期六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9.5W80

欧姆50欧姆前向:10W回波:0.5W此例中，回波损耗为10log(10/0.5)=13dBVSWR(驻波比)是对此现象的另一种度量方法，与回波损耗有一个换算公式19第19页，共46页，2023年，2月20日，星期六垂直方式水平方式+45斜角-45斜角极化无线电波振动的平面称为它的极化面20第20页，共46页，2023年，2月20日，星期六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(垂直/水平)斜角(+/-45°)21第21页，共46页，2023年，2月20日，星期六隔离度隔离度是某一极化接收到的另一极化信号的比例1000mW(即1W)1mW该例子中，隔离度为：10log(1000mW/1mW)=30dB22第22页，共46页，2023年，2月20日，星期六交调

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≤-107dBm。

23第23页，共46页，2023年，2月20日，星期六24第24页，共46页，2023年，2月20日，星期六1、网络优化中天线的作用

2、天线分集技术3、

遥控电调电下倾天线

网络优化中的天线25第25页，共46页，2023年，2月20日，星期六抗衰落方式：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

26第26页，共46页，2023年，2月20日，星期六天线的选取：

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。27第27页，共46页，2023年，2月20日，星期六下倾角的调整：

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）。28第28页，共46页，2023年，2月20日，星期六天线高度的调整：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“黑”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。

29第29页，共46页，2023年，2月20日，星期六分集概念

天线分集技术

接收信号强度接收距离30第30页，共46页，2023年，2月20日，星期六常用分集技术有：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。

31第31页，共46页，2023年，2月20日，星期六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天线的俯仰角。目前实现天线俯仰角的方法主要有两种：

1、机械下倾

2、电下倾32第32页，共46页，2023年，2月20日，星期六无下倾电下倾机械下倾33第33页，共46页，2023年，2月20日，星期六34第34页，共46页，2023年，2月20日，星期六由图可以看出机械下倾方法。当下倾角度达到10o时，水平方向图严重变形，必然产生越区覆盖；而电下倾时，水平方向图基本保持不变。由此可看出采用机械下倾天线在网络优化中所存在的问题，也可看出采用电下倾天线在性能上远远优于机械下倾天线。

35第35页，共46页，2023年，2月20日，星期六京信天线介绍36第36页，共46页，2023年，2月20日，星期六COMBA天线研发领域的介绍1998年8月清华大学“微波与数字通信国家重点实验室”广州工程研究站设立在京信通信系统总部。30多位国内外著名专家为核心的研发团队使得京信公司在移动通信天线领域保持领先的设计水平。到目前为止，京信公司天线已获得8项国家发明专利和实用新型专利，另有4项天线专利也在申请之中。有16个品种的基站天线由信息产业部北京移动通信设备质量监督检验中心（中国泰尔实验室）依照通信行业标准YD/T1059-2000《移动通信系统基站天线技术条件》进行检验，各项指标达到国家行业标准。

37第37页，共46页，2023年，2月20日，星期六拥有最先进的CAD仿真软件（Ansoft微波软件）作为辅助设计工具，最先进的矢量网络分析、三阶交调测试仪等微波仪表及其CAT自动化测量系统作为测试手段；拥有华南最大的微波暗室作为测试环境。其完备的软硬件基础为产品的高指标和高品质提供了有力的保障

38第38页，共46页，2023年，2月20日，星期六该设备对天线三阶交调参数进行测试，精度达到-140dBm。

39第39页，共46页，2023年，2月20日，星期六40第40页，共46页，2023年，2月20日，星期六

设计目标

技术指标

机械特征

COMBA天线技术特点41第41页，共46页，2023年，2月20日，星期六

设计目标：

A、覆盖效果好

B、传输效率高

C、安装无障碍

D、保护长远投资

42第42页，共46页，2023年，2月20日，星期六技术指标：

频段：GSM900MHz、DCS1800MHz、UMTS2000MHz；

增益：13～18dBi；

水平面半功率宽度：65°、90°；

极化：垂直极化、±45°双极化；

电调倾角方式：固定、连续、遥控；

驻波比≤1.5dB；

隔离度≥28dB；

前后比≥25dB；

交调≤-107dBm。43第43页，共46页，2023年，2月20日