天线基础知识

1、天线基础知识，中国移动通信集团设计院有限公司无线所2008年6月，主要内容有： 1、天线原理2、天线主要性能指标3、天线辐射特性对网络霸盖的影响4、电子倾斜角与机械倾斜角霸盖的对比5、天线安装6、TD-SCDMA智能天线，1， 天线原理概要将传输线的高频电磁能转换为自由空间的电磁波，将自由空间的电磁波转换为传输线的高频电磁能。 1、天线原理、天线可以视为四个末端网络。 1、天线原理、辐射机制导线上载有交变电流时，可形成电磁波的辐射。 放射的能力与导线的长度和形状有关。 例如，由于两导线的距离近，两导线产生的感应电动势几乎可以抵消，所以辐射微弱。 如果加宽两个引线，两个引线的电流方向相同，从两个

2、引线产生的感应电动势的方向相同，因此放射强。 当引线的长度l比波长短得多时，引线的电流小，放射微弱。 如果导线的长度变长到可以与波长比较的程度，则导线中流过的电流大幅度增加，可以形成强辐射。 通常，产生上述显着辐射的直线导线称为振子。 1、天线原理、半波振子两臂长度相等的振子称为对称振子，手臂长度为四分之一波长，称为半波对称振子。 一个1/2波长的对称振子800MHz约200mm长400MHz约400mm长，1、天线原理、电磁波传播、1、天线原理、天线方向性、天线方向性是天线在一定方向上发射电磁波的能力。 对于接收天线，方向性是指天线相对于从不同方向到来的电波的接收能力。 天线方向性的特性曲线

3、通常用方向图表示。 方向图可用来说明发送和接收天线在空间上的任意方向上的电磁波的能力。 1、天线原理、全向辐射原理、单一对称振子具有“环”形的方向图，为了将信号集中到需要的地方，平按“环”，俯视、侧视、1、天线原理、对称振子组阵列控制辐射能量，构成“平的环” 其中增益=10log(4mW/1mW)=6dBd，1，天线原理反射板设置在阵列的一侧构成扇区天线，定向辐射原理在“扇区天线”中，反射面将功率向一个方向聚焦，进一步提高增益。 这里，“扇形霸盖天线”与单一对称振子的增益为10log(8mW/1mW)=9dBd，“全向阵列”例如在接收机中为4mW功率，2， 作为天线主要性能指标的传输特性指标-

4、驻波系数、带宽、隔离、三次互调、功率电容辐射特性(方向图)指标-增益、极化、波阀宽度、前后辐射比、交叉极化鉴别率、上旁瓣抑制、零值填充、下倾角机械特性指标-接头型、天线罩材质、尺寸、重量在自适应环境中，这里的反射损失是10log(10/0.5)=13dB VSWR是反射损失的另一个计量，当给料器和天线匹配时，高频能量全部被天线吸收放射，给料器中只有入射波，没有反射波。 在给料器上传播的是行波，给料器上各处的电压宽度相等，给料器上的任何点的阻抗都与其特性阻抗相等。 另一方面，当天线和馈线不匹配时，即，当天线阻抗与馈线特性阻抗不相等时，天线不能吸收通过馈线的所有高频能量，反射部分的能量形成反射波。

5、 2、天线的主要性能指标、反射特性、2、天线的主要性能指标，当天线和馈线不匹配时，在天线端产生反射波，两者重叠而形成驻波。 反射波和入射波振幅之比称为反射系数。 反射波的振幅(z-z )。 反射系数=入射波宽(z z )。)将驻波腹电压与节电电压宽度之比设定为驻波系数(电压驻波比VSWR )驻波腹电压宽度最大值VMAX (1) VSWR=-驻波节电电压放射反射特性(续)，2，天线的主要性能指标，隔离，2，天线的主要性能指标，互调是指非线性射频线路上，两个以上的频率混合后产生的噪声信号。 互调产生的本来“错误”信号不存在，该信号系统地被误认为是真信号。 互调制可通过有源元件(无线设备、二极管)或

6、无源元件(电缆、连接器、天线、滤波器)来引起。 具有两个载波信号的互调制失真频率的例子：频率a和b上的载波产生下一个互调制信号： 1，a； 二楼：甲乙、甲乙； 3阶： 2AB、2BA互调失真如何影响系统的性能？ -高功率的发送信号通常与互调制信号混合，进入接收频带。 -一般来说，基站天线接收的信号的功率低。 在互调信号具有接近实际接收信号或高功率的情况下，系统将互调信号误认为实际信号。 三阶互调，二，天线的主要性能指标，天线是控制RF能量的空间分布的前端设备，辐射和接收特性完全相互辐射方向性指天线在空间的所有方向上发射或接收电磁波的能力，通常用方向图表示的天线增益是指，当发射功率相同时， 作为

7、天线最大辐射方向的能量和各方向的均匀辐射的功率比的通常，dBi和dBd，1 dBd=2.15 dBi，增益，2，天线主要性能指标，天线方向性图， 上侧瓣，下侧瓣，2，天线主要性能指标，前后辐射比：一般天线水平方向图的前后辐射功率比，前方功率，后方功率，2，天线主要性能指标，天线波阀宽度120 (eg )，峰值，- 10dB点，10dB波束宽度，峰值- 3dB点，3dB波束宽度，15 (eg )，Peak - 3dB，Peak - 3dB，32 (eg )，Peak，peak-10db，方位即水平面方向图，俯仰面即垂直面方向图，2，天线的主要性能指标， 电波的电场方向称为电波的极化方向。 如果无

8、线电波的电场方向垂直于地面，则称为垂直极化波。 如果电波的电场方向与地面平行，则称为水平极化波。、 有、，在供电网络中路径长度不相等，2，天线的主要性能指标，与发送天线和接收天线无关，总是在一定的频率范围内工作，通常在中心频率工作时天线能输送的电力最大，偏离中心频率时天线有几个不同的定义。 -一个是天线增益下降了3分贝时的带宽-一个是指定驻波比下的天线的工作带宽。 在移动通信系统中，由后者定义，具体来说，是天线输入驻波比1.5时的天线工作带宽。 天线带宽，3，天线辐射特性对网络霸盖的影响，波阀宽度-水平波阀宽度：水平波阀宽度和方位角控制霸盖范围(33/65/90/105/120) -垂直波阀宽

9、度：水平波阀宽度确定后，垂直波阀宽度对基站控制霸盖范围下倾角：为了控制主霸复盖区域的霸复盖距离前后辐射比：为了控制天线后向辐射干扰上旁瓣抑制：为了控制天线对周边高层复盖产生的干扰交叉偏振的鉴别率：主霸复盖区域偏振分集性能，4，比较电子倾角和机械倾角的霸复盖网络中存在的越区复盖、重叠区域大、同频干扰、切换率高、通信量分布严重失衡等问题降低了通信容量和质量。 其中，天线辐射特性的设定不合理是主要原因之一，如果通过调整天线的下倾斜角和方位角能有效解决的天线以大角度机械倾斜的话，水平辐射图形失真，边缘和后方辐射方向的能量不能有效收缩，前后辐射比恶化， 垂直辐射图案的后阀翘曲，成为干扰的主要原因，城市核

10、心网络中必须控制的电调天线是雷达相控阵技术在移动通信中的应用。 通过控制天线的各辐射元件的相位，实现波束的电下降倾斜，水平辐射方向图均匀收缩。 能有效地控制RF干扰，目前已成为城市核心网中使用的主导产品。 4、电子倾斜角与机械倾斜角比较4、电子倾斜角与机械倾斜角比较4、电子倾斜角与机械倾斜角比较4、电子倾斜角与机械倾斜角比较17dBi天线(预倾斜角3 )的机械倾斜角1-10 水平方向图、5、天线安装、抱杆安装、墙壁安装、屋顶壁组安装、与塔共同安装、 管道塔安装，5，天线安装，天线美化6，TD-SCDMA智能天线和天线可以同时形成多个波束，每个波束自动跟踪目标，并对干扰信号自动形成零陷波点，其中

11、每个独立的波束彼此无关信号处理分为射频信号和基带信号方式的产品，采用波束切换型和波束自适应型的TD-SCDMA智能天线，采用基带信号处理，进行数字信号的相位、振幅的加权，实现波束自适应跟踪。 天线波束分为广播波束和业务波束，广播波束复盖全向或方向性，业务波束根据用户的到来波的方向而自适应地调整。 -天线垂直波束可以使用预定的倾斜角方案来控制复盖距离，使得水平波束遵循目标自适应调整。 分为全向天线和定向天线。 -天线极化是垂直极化。 基本原理，6，TD-SCDMA智能天线，全向天线，侧视图，仰视图，全向圆形阵列模式图，内部基本结构模式图，如广播波束宽度： 360广播波束增益：8 dBi(8个单元) 10 dBi(10个单元) 业务波束宽度： 35业务波束增益： 14 dBi端口数(校准口除外):8宽高(mm ) :470 x 1260，6， TD-SCDMA智能天线、定向天线、阵列、定向天线的基本结构图5X4、5X8、10X4、10X8，例如广播波束宽度： 120(8阵列)、90(4阵列)广播波束增益： 13 dBi、14