移动通信基站天馈线系统技术培训教材上册

1、.,移动通信基站天馈线基础知识与技术发展应用,山西晋通通信线塔维护有限责任公司,移动通信基站天馈线系统技术培训教材上册,.,天线是发射接收机的耳朵，微弱的电波从天线经过馈线进入发射端接收端，才能让我们听到远方电台的声音。一个接收系统的好坏，天线占了一半。我们希望天线能有高的增益，把微弱 的信号变得响亮，我们希望天线能有一定的选择能力，把传呼台干扰和本地强台挡在外面，我们希望天馈系统尽量减小损耗，把每一微伏的信号都送到接收机的前 端。 对于大多数使用便携式收音机来收听FM DX的人说，他们的天线也许只是收音机上的拉杆天线，这样的天线虽然简单方便，但是对于FM DX来说，无论如何是不够的，尽管拜电

2、离层的恩赐，这样的天线系统也不是没有可能接收到DX信号。 我将介绍一些常见而且容易自制的天线，这些天线能够用我们日常生活中容易得到的材料制作。我会逐一制作这些天线，将制作的过程拍成照片，并给出 尽可能详细的尺寸数据。尽管我在制作过程中会动用天线分析仪甚至是综合测试仪等设备，但是我将告诉读者不使用这些昂贵仪器的调试方法。至少，完全按照我的 材料、尺寸总不会错。 电波 在讲天线之前，不能不先提一提电波。 我们制作天线的目的是为了捕捉电波，因此，在考虑天线的问题之前，绝对有必要先研究一下电波的问题。 FM广播波段，频率上是从87.5MHz到108MHz，对应的波长是3.4米到2.7米，一般称做3米波

3、段，是VHF（Very High Frequency）的一段。这个波段以下，54MHz到87.5MHz是电视广播波段，以上，108MHz到136MHz是航空通讯波段。VHF波段的 电波传播，主要有三种途径：,天线有关概念,.,直接波 这是指从发射天线到接收天线之间，不经过任何发射，直接到达，电波就象一束光一样，所以有人称它为视线传播。视线传播这个名字也表明了这种传播 方式能够传播的距离不远。这有两个原因，首先是电波从发射点出发，其能量是以幂级数递减的，而接收机要能良好地解调出广播，需要一定的信号强度。所以太远 的地方，信号太弱，不足以解调。如果只是这个原因，那么拼命提高发射功率或增加接收天线的

4、增益，也许就可以扩大收听的范围了。但是，还有一个重要的问题 是，地球是圆的，在地球上任何一点发出的电波，按直线前进的方向，最终将离开地球射向天空。主要是由于第二个原因，一般地讲，地面上一个发射台发出的直线 波，只能传播到70km远处地面上的接收处。如果双方的高度增加，那么这个距离还可以增加，但总是有限的。所以，70km，是本地收听的极限，实际上，由 于山脉、丘陵、房屋的阻挡、反射，这个距离还要大打折扣，一般可以估计的距离是35km。,.,电离层发射波 这是指电波通过电离层的发射达到接收方。这里面的名堂很多。电离层本身是有多个层次的，支持短波（1.8MHz到30MHz）反射的电离层是 F1和F2

5、层。F1和F2并不是甘心反射所有的无线电波，它们能反射的最高频率是有限的，超过这个频率的电波完全得不到反射，而是穿过电离层射向太空。如 果没有这个特性，那么通讯卫星就不可能存在了，通讯卫星就是在电离层外工作的。这个最高频率叫作MUF（Max Usable Frequency）。 MUF与很多因素有关，主要是和太阳黑子活跃程度以及季节有关。太阳黑子活跃，MUF就高，天气热，MUF也高。MUF最高能高到多少呢？一般在太阳黑子 活跃期的夏天，MUF在20MHz到 40MHz之间，很少超过50MHz。在低的时候甚至会低到10MHz以下。但是在太阳黑子异常活跃的时候，MUF也有可能偶然达到100MHz。

6、这时候，就有可能通过F层发射收到DX FM了。但是这不是FM DX的主要形式，FM DX主要是通过另外一个电离层E层。本来E层的出现是破坏F层，所以我们不妨记F层为Friend层，E层为Enemy层。但是Es层的出现，却会形成一 个短期内密度极高的反射层。反射层的密度高，意味着能更好地反射电波。所以Es层开通的时候，DX电台的信号会异常地强。在6米和10米业余波段工作的业 余电台都知道， Es层开通的时候，很小的功率，甚至5W，也有可能做DX联络。Es的开通，主要是提供了 800km以内电波的传播路径。由于信号很强，其实很多时候并不需要很好的设备就可以接收，需要的是耐心和运气。除了这两种反射，

7、FM DX还有可能通过对流层反射和流星余迹到达你的接收机。,.,地波和大气波导 本来来说，理论上 VHF 是不存在地波的。但是无数的实践表明，VHF 也存在着某种程度的地波传播。所以我们能稳定地接收200km左右电台的信号。江苏和安徽两省的业余电台，每年国庆的时候都进行全省 VHF 移动通讯实验，也证明了 VHF 电波可以在 200km 左右的距离得到传播。大气波导是另外一种可能传播VHF电波的手段，不过人们研究得还不够多。 既然存在着这些可能，那么如何知道我收到的信号是以什么方式来的呢？一般来说，如果收到的信号来自 70km 以内的电台，基本上可以认为是直接波；如果是 200km 以内，而且

8、信号稳定（不一定强），那么大概是地波；如果是800km以内，信号很强，但是极不稳定，而且偶尔才出现，多半是 Es层传播；如果距离更远，信号很弱，大概是F层或其他形式的电离层传播了。,.,知道这些有什么用呢？用处在于帮助我们选择对天线的要求。比如，F层的传播有一个特点是越距，大约 500km 以内的电台是不可能通过 F 层的传播来的，这个距离内的电台信号只能以 Es 层来。就象在杭州想要接收台湾的FM电台信号，只能PNP（Plug and pray），等 Es 层，那么天线就要考虑适合Es层的特点。 还有一个很重要的因素是极化方式，这是很容易被很多爱好者忽略的问题。电波的极化方式有三种：水平极化

9、、垂直极化和圆极化。不管理论上怎么计 算，简单的判断方法，就是看振子的方向，振子是水平放的就是水平极化，垂直的就是垂直极化，圆极化不用在 FM广播，可以不管。极化方式之所以重要，是因为要求发射方与接收方的极化方式必须一致，才能有好的接收效果。我国广播的极化方式是水平极化，所以，接收 天线也应水平架设。如果极化方式不一致，会有10dB到20dB的损失。可是，经过电离层的反射过来的电波，早就被反射得七荤八素、颠三倒四，说不定是什 么极化方式了。所以，接收DX信号，其实垂直极化也不错，附带的一个好处，就是可以削弱本地电台的影响。,.,天线技术术语解释,【天线及天线程式】天线是在无线电收发系统中，向空

10、间辐射或从空间接收电磁波的装置。是无线电通信系统中必不可少的部分。由于各种设备要求采用的波段不同，天线的设计也就不同，不同用途的天线需要设计成各种样式，就是我们通常称的天线程式。如在长、中、短波段，一般用导线构成天线，有T形、倒L形、环形、菱形、鱼骨形、笼形天线等。在微波波段，用金属板或网制成喇叭天线，抛物面天线，金属面上开槽的裂缝天线，金属或介质条排成的透镜天线等。天线有五个基本参数：方向性系数、天线效率、增益系数、辐射电阻和天线有效高度。这些参数是衡量天线质量好坏的重要指标。 【天线的方向性】是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。它的这种能力可采用方向图，方向图主瓣的宽度，方向性系数等参数进

11、行描述。所以方向性是衡量天线优劣的重要因素之一。天线有了方向性，就能在某种程度上相当于提高发射机或接收机的效率，并使之具有一定的保密性和抗干扰性。 【方向性图】方向性图是表示天线方向性的特性曲线，即天线在各个方向上所具有的发射或接收电磁波能力的图形。 实用天线处在三度几何空间中，所以，它的方向性图应该是个立体图。在这个立体图中，由于所取的截面不同而有不同的方向性图。最常用的是水平面内的方向性图（即和大地平行的平面内的方向性图）和垂直面内的方向性图（即垂直于大地的平面内的方向性图）。有的专业书籍上也称赤道面方向性图或子午面方向性图。 【波瓣宽度】有时也称波束宽度。系指方向性图的主瓣宽度。一般是指

12、半功率波瓣宽度。由图（18）可以看出A、A点至O点间的夹角，称主瓣角宽度。当L/数值不同时，其波瓣宽度也不同。L/比值增加时，方向图越尖锐，但当（L/）0.5时，除了与振子轴垂直的方向有最大的主瓣外，还可能出现付瓣。因此，波瓣宽度越小，其方向性越强，保密性也强，干扰邻台的可能性小。所以，对于超短波，微波等所用的天线，登记主瓣宽度这一指标，是十分重要的,.,。 【方向性系数】方向性系数是用来表示天线向某一个方向集中辐射电磁波程度（即方向性图的尖锐程度）的一个参数。 为了确定定向天线的方向性系数，通常以理想的非定向天线作为比较的标准。任一定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的条件下，非

13、定向天线的总辐射功率对该定向天线的总辐射功率之比。按照上面的定义，由于定向天线在各个方向上的辐射强度不等，故天线的方向性系数也随着观察点的位置而不同，在辐射电场最大的方向，方向性系数也最大。通常如果不特别指出，就以最大辐射方向的方向性系数作为定向天线的方向性系数。在中波和短波波段，方向性系数约为几到几十；在米波范围内，约为几十到几百；而在厘米波波段，则可高达几千，甚至几万。 【辐射电阻】发射天线的辐射功率与馈电点的有效电流平方之比，称为天线的辐射电阻。辐射电阻是一个等效电阻，如果用它来代替天线，就能消耗天线实际辐射的功率。因此，采用辐射电阻这个概念，可以简化天线的有关计算。辐射电阻的大小取决于

14、天线的尺寸、形状以及馈电电流的波长。因为发射天线的任务是辐射电磁波，所以在装置天线时总是适当地选择其尺寸和形状，使辐射电阻尽可能大一些。 【天线有效高度】小于四分之一波长的垂直天线：假定在一根垂直的天线上有均匀分布的电流。此均匀电流等于实际天线上的最大电流，且所产生的辐射场强与实际天线的辐射场强相同，该假设的垂直天线的长度即为实际天线有效高度。 【天线最大增益系数】平时也简称天线最大增益或天线增益。指在最大场强方向上某点产生相等电场强度的条件下，标准天线（无方向）的总输入功率对定向天线总输入功率的比值，称该天线的最大增益系数。它是比天线方向性系数更全面的反映天线对总的射频功率的有效利用程度。并

15、用分贝数表示。可以用数学推证，天线最大增益系数等于天线方向性系数和天线效率的乘积,.,。 【天线效率】它是指天线辐射出去的功率（即有效地转换电磁波部分的功率）和输入到天线的有功功率之比。是恒小于1的数值。 【天线极化波】电磁波在空间传播时，若电场矢量的方向保持固定或按一定规律旋转，这种电磁波便叫极化波，又称天线极化波，或偏振波。通常可分为平面极化（包括水平极化和垂直极化）、圆极化和椭圆极化。 【极化方向】极化电磁波的电场方向称为极化方向。 【极化面】极化电磁波的极化方向与传播方向所构成的平面称为极化面。 【垂直极化】无线电波的极化，常以大地作为标准面。凡是极化面与大地法线面（垂直面）平行的极化

16、波称为垂直极化波。其电场方向与大地垂直。 【水平极化】凡是极化面与大地法线面垂直的极化波称为水平极化波。其电场方向与大地相平行。 【平面极化】如果电磁波的极化方向保持在固定的方向上，称为平面极化，也称线极化。在电场平行于大地的分量（水平分量）和垂直于大地表面的分量，其空间振幅具有任意的相对大小，可以得到平面极化。垂直极化和水平极化都是平面极化的特例。,.,【圆极化】当无线电波的极化面与大地法线面之间的夹角从0360周期的变化，即电场大小不变，方向随时间变化，电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个圆时，称为圆极化。在电场的水平分量和垂直分量振幅相等，相位相差90或270时，可以得到

17、圆极化。圆极化，若极化面随时间旋转并与电磁波传播方向成右螺旋关系，称右圆极化；反之，若成左螺旋关系，称左圆极化。 【椭圆极化】若无线电波极化面与大地法线面之间的夹角从02周期地改变，且电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个椭圆时，称为椭圆极化。当电场垂直分量和水平分量的振幅和相位具有任意值时（两分量相等时例外），均可得到椭圆极化。 【长波天线、中波天线】是工作于长波及中波波段的发射天线或接收天线的统称。长、中波是以地波和天波传播的，而天波则连续反射于电离层和大地之间。根据此传播特性，长、中波天线应能产生垂直极化的电波。在长、中波天线中，应用较广的的有垂直型、倒L型、T型、伞型垂直

18、接地天线。长、中波天线应有良好的地网。长、中波天线存在着许多技术上的问题，如有效高度小、辐射电阻小、效率低、通频带窄、方向性系数小等。为了解决这些问题，天线结构往往非常复杂，非常庞大。 【短波天线】工作于短波波段的发射或接收天线，统称为短波天线。短波主要是借助于电离层反射的天波传播的，是现代远距离无线电通信的重要手段之一。短波天线形式很多，其中应用最多的有对称天线、同相水平天线、倍波天线、角型天线、V型天线、菱形天线、鱼骨形天线等。和长波天线比较，短波天线的有效高度大，辐射电阻大，效率高，方向性良好，增益高，通频带宽。,.,【超短波天线】工作于超短波波段的发射和接收天线称为超短波天线。超短波主

19、要靠空间波传播。这种天线的形式很多，其中应用最多的有八木天线、盘锥形天线、双锥形天线、“蝙蝠翼”电视发射天线等 。 【微波天线】工作于米波、分米波、厘米波、毫米波等波段的发射或接收天线，统称为微波天线。微波主要靠空间波传播，为增大通信距离，天线架设较高。在微波天线中，应用较广的有抛物面天线、喇叭抛物面天线、喇叭天线、透镜天线、开槽天线、介质天线、潜望镜天线等。 【定向天线】定向天线是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其它的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。采用定向发射天线的目的是增加辐射功率的有效利用率，增加保密性；采用定向接收天线的主要目的是增加抗干扰能力。

20、 【不定向天线】在各个方向上均匀辐射或接收电磁波的天线，称为不定向天线，如小型通信机用的鞭状天线等。 【宽频带天线】方向性、阻抗和极化特性在一个很宽的波段内几乎保持不变的天线，称为宽频带天线。早期的宽频带天线有菱形天线、V形天线、倍波天线、盘锥形天线等，新的宽频带天线有对数周期天线等。 【调谐天线】仅在一个很窄的频带内才具有预定方向性的天线，称为调谐天线或称调谐的定向天线。通常，调谐天线仅在它的调谐频率附近5%的波段内，其方向性才保持不变，而在其它频率上，方向性变化非常厉害，以致使通信遭到破坏。调谐天线不适于频率多变的短波通信。同相水平天线、折合天线、曲折天线等均属于调谐天线。,.,【垂直天线

21、】垂直天线是指与地面垂直放置的天线。其结构如图1所示，它有对称与不对称两种形式，而后者应用较广。对称垂直天线常常是中心馈电的。不对称垂直天线则在天线底端与地面之间馈电，其最大辐射方向在高度小于1/2波长的情况下，集中在地面方向，故适应于广播。不对称垂直天线又称垂直接地天线。 【倒L天线】在单根水平导线的一端连接一根垂直引下线而构成的天线。因其形状象英文字母L倒过来，故称倒L形天线。俄文字母的字正好是英文字母L的倒写。故称型天线更方便。它是垂直接地天线的一种形式。为了提高天线的效率，它的水平部分可用几根导线排在同一水平面上组成，这部分产生的辐射可忽略，产生辐射的是垂直部分。倒L天线一般用于长波通

22、信。它的优点是结构简单、架设方便；缺点是占地面积大、耐久性差。 【T形天线】在水平导线的中央，接上一根垂直引下线，形状象英文字母T，故称T形天线。它是最常见的一种垂直接地的天线。它的水平部分辐射可忽略，产生辐射的是垂直部分。为了提高效率，水平部分也可用多根导线组成。T形天线的特点与倒L形天线相同。它一般用于长波和中波通信。 【伞形天线】在单根垂直导线的顶部，向各个方向引下几根倾斜的导体，这样构成的天线形状象张开的雨伞，故称伞形天线。它也是垂直接地天线的一种形式。其特点和用途与倒L形、T形天线相同。 【鞭状天线】鞭状天线是一种可弯曲的垂直杆状天线，其长度一般为1/4或1/2波长。大多数鞭状天线都

23、不用地线而用地网。小型鞭状天线常利用小型电台的金属外壳作地网。有时为了增大鞭状天线的有效高度，可在鞭状天线的顶端加一些不大的辐状叶片或在鞭状天线的中端加电感等。鞭状天线可用于小型通信机、步谈机、汽车收音机等。,.,【对称天线】两部分长度相等而中心断开并接以馈电的导线，可用作发射和接收天线，这样构成的天线叫做对称天线。因为天线有时也称为振子，所以对称天线又叫对称振子，或偶极天线。总长度为半个波长的对称振子，叫做半波振子，也叫做半波偶极天线。它是最基本的单元天线，用得也最广泛，很多复杂天线是由它组成的。半波振子结构简单，馈电方便，在近距离通信中应用较多。 【笼形天线】是一种宽波段弱定向天线。其结构

24、如图2所示，它是把几根导线围成的空心圆柱体代替对称天线中的单导线辐射体而成的，因其辐射体呈笼形，故称笼形天线。笼形天线的工作波段宽，易于调谐。它适应于近距离的干线通信。 【角形天线】属于对称天线的一类，但它的两臂不排列在一条直线上，而成90或120角，故称角形天线。这种天线一般是水平装置的，它的方向性是不显著的。为了得到宽波段特性，角形天线的双臂也可采用笼形结构，称角笼形天线。 【折合天线】将振子弯折成相互平行的对称天线称为折合天线。有双线折合天线、三线折合天线及多线折合天线几种形式，图3中所示的是双线和三线折合天线。弯折时，应使各线上各对应点的电流同相，从远处看，整个天线如同一对称天线。但折

25、合天线与对称天线比较，辐射增强。输入阻抗增大，便于与馈线耦合。折合天线是一种调谐天线，工作频率较窄。它在短波和超短波波段获得广泛应用,.,。 【V形天线】是由彼此成一角度的两条导线组成，形状象英文字母V的一种天线。其结构如图4所示，它的终端可以开路，也可以接有电阻，其电阻的大小等于天线的特性阻抗。V形天线具有单向性，最大发射方向在分角线方向的垂直平面内。它的缺点是效率低、占地面积大。 【菱形天线】是一种宽频带天线。其结构如图5所示，它由一个水平的菱形悬挂在四根支柱上构成，菱形的一只锐角接在馈线上，另一只锐角接一与菱形天线特性阻抗相等的终端电阻。其最大发射方向如图中箭头所示，在指向终端电阻方向的

26、垂直平面内，具有单向性。菱形天线的优点是增益高、方向性强、使用波段宽、易于架设和维护；缺点是占地面积大。菱形天线经过变形之后，又有双菱形天线、回授式菱形天线及折式菱形天线三种形式。菱形天线一般用于大中型短波收信电台。 【盘锥形天线】是一种超短波天线。其结构如图6所示，顶部为一圆盘（即辐射体），由同轴线的心线馈电，下面为一圆锥，接同轴线的外导体。圆锥的作用与无限大的地面相似，改变圆锥的倾斜角度，就能改变天线的最大辐射方向。它有极宽的频带。 【鱼骨形天线】鱼骨形天线又叫边射天线，是一种专用短波接收天线。其结构如图7所示，由在两根集合线上每隔一定距离连接一个对称振子组成，这些对称振子都是经过一很小的

27、电容器接到集合线上的。在集合线的末端，即对着通信方向的一端，接上一个与集合线特性阻抗相等的电阻，另一端则通过馈线接到接收机上。与菱形天线相比较，鱼骨形天线的优点是副瓣小（也就是主瓣方向接收能力强，在其它方向接收较弱），各天线之间相互影响小，占地较小；缺点是效率低，安装和使用均较复杂。,.,【八木天线】又叫引向天线。它有几根金属棒组成，结构如图8所示，其中一根是辐射器，辐射器后面一根较长的为反射器，前面数根较短的是引向器。辐射器通常用折迭式半波振子。天线最大辐射方向与引向器的指向相同。八木天线的优点是结构简单、轻便坚固、馈电方便；缺点频带窄、抗干扰性差。在超短波通信和雷达中应用。 【扇形天线】它

28、有金属板式和金属导线式两种形式。结构如图9所示，其中，图（a）是扇形金属板式，图(b)是扇形金属导线式。这种天线由于加大了天线断面积，所以加宽了天线频带。线式扇形天线可以用三根、四根或五根金属导线。扇形天线用于超短波接收。 【双锥形天线】双锥形天线由两个锥顶相对的圆锥体组成，在锥顶馈电。其结构如图10所示，圆锥可以用金属面、金属线或金属网构成。正象笼形天线一样，由于天线的断面积增大，天线频带也随之加宽。双锥形天线主要用于超短波接收。 【抛物面天线】抛物面天线是一种定向微波天线，由抛物面反射器和辐射器组成，辐射器装在抛物面反射器的焦点或焦轴上。其结构如图11所示，辐射器发出的电磁波经过抛物面的反

29、射，形成方向性很强的波束。抛物面反射器由导电性很好的金属做成，主要有以下四种方式：旋转抛物面、柱形抛物面、割截旋转抛物面及椭圆形边缘抛物面，最常用的是旋转抛物面和柱形抛物面。辐射器一般采用半波振子、开口波导、开槽波导等。抛物面天线具有结构简单、方向性强、工作频带较宽等优点。缺点是：由于辐射器位于抛物面反射器的电场中，因而反射器对辐射器的反作用大，天线与馈线很难得到良好匹配；背面辐射较大；防护度较差；制作精度高。在微波中继通信、对流层散射通信、雷达及电视中广泛应用这种天线。,.,【喇叭抛物面天线】喇叭抛物面天线由喇叭和抛物面两部分组成。其结构如图12所示，抛物面盖在喇叭上，而喇叭的顶点位于抛物面

30、的焦点上。喇叭是辐射器，它向抛物面辐射电磁波，电磁波经过抛物面反射，聚焦成窄波束发射出去。喇叭抛物面天线的优点是：反射器对辐射器没有反作用，辐射器对反射电波没有遮挡作用，天线与馈电装置匹配较好；背面辐射小；防护度较高；工作频带非常宽；结构简单。喇叭抛物面天线在干线中继通信中用的很广泛。 【喇叭天线】又称号角天线。其结构如图13所示，它是由一段均匀波导和一段截面慢慢增大的喇叭状波导组成。喇叭天线有三种形式：扇形喇叭天线、角锥形喇叭天线及圆锥形喇叭天线。喇叭天线是最常用的微波天线之一，一般用作辐射器。其优点是工作频带宽；缺点是体积较大，而且就同一口径来说，它的方向性不及抛物面天线尖锐。 【喇叭透镜

31、天线】由喇叭及装在喇叭口径上的透镜组成，故称为喇叭透镜天线。透镜的原理参见透镜天线，这种天线具有相当宽的工作频带，而且比抛物面天线具有更高的防护度，它在波道数较多的微波干线通信中用得很广泛。 【透镜天线】在厘米波段，许多光学原理可以用于天线方面。在光学中，利用透镜能使放在透镜焦点上的点光源辐射出的球面波，经过透镜折射后变为平面波。透镜天线就是利用这一原理制作而成的。它由透镜和放在透镜焦点上的辐射器组成。透镜天线有介质减速透镜天线和金属加速透镜天线两种。图14的上图是介质减速透镜天线的原理图透镜是用低损耗高频介质制成，中间厚，四周薄。从辐射源发出的球面波经过介质透镜时受到减速。所以球面波在透镜中

32、间部分受到减速的路径长，在四周部分受到减速的路径短。因此，球面波经过透镜后就变成平面波，也就是说，辐射变成定向的。图14的下图是金属加速透镜天线的原理图。透镜由许多块长度不同的金属板平行放置而成。金属板垂直于地面，愈靠近中间的金属板愈短,.,。电波在平行金属板中传播时受到加速。从辐射源发出的球面波经过金属透镜时，愈靠近透镜边缘，受到加速的路径愈长，而在中间则受到加速的路径就短。因此，经过金属透镜后的球面波就变成平面波。透镜天线具有下列优点：1、旁瓣和后瓣小，因而方向图较好；2、制造透镜的精度不高，因而制造比较方便。其缺点是效率低，结构复杂，价格昂贵。透镜天线用于微波中继通信中。 【开槽天线】在

33、一块大的金属板上开一个或几个狭窄的槽，用同轴线或波导馈电，这样构成的天线叫做开槽天线，也称裂缝天线。为了得到单向辐射，金属板的后面制成空腔，开槽直接由波导馈电。开槽天线结构简单，没有凸出部分，因此特别适合在高速飞机上使用。它的缺点是调谐困难。 【介质天线】介质天线是一根用低损耗高频介质材料（一般用聚苯乙烯）作成的圆棒，它的一端用同轴线或波导馈电。图15所示的天线是用同轴线馈电的棒状介质天线。图中1是介质棒；2是同轴线的内导体的延伸部分，形成一个振子，用以激发电磁波；3是同轴线；4是金属套筒。套筒的作用除夹住介质棒外，更主要的是反射电磁波，从而保证由同轴线的内导体激励电磁波，并向介质棒的自由端传

34、播。介质天线的优点是体积小，方向性尖锐；缺点是介质有损耗，因而效率不高。 【潜望镜天线】在微波中继通信中，天线往往安置在很高的支架上，因此，给天线馈电就得用很长的馈线。馈线过长会产生许多困难，如结构复杂，能量损耗大，由于在馈线接头处的能量反射而引起天线的位置和辐射的经典问题失真等。,.,为了克服这些困难，可采用一种潜望镜天线，结构如图16所示，潜望镜天线由安置在地面上的下镜辐射器和安装在支架上的上镜反射器组成。下镜辐射器一般是抛物面天线，上镜反射器为金属平板。下镜辐射器向上发射电磁波，经过金属平板反射出去。潜望镜天线的优点是能量损耗小、失真小、效率高。主要用于容量不大的微波中继通信中。【螺旋天

35、线】是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线组成，通常用同轴线馈电，同轴线的心线和螺旋线的一端相连接，同轴线的外导体则和接地的金属网（或板）相连接。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当螺旋线的圆周长比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴；当螺旋线圆周长为一个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。【天线调谐器】连接发射机与天线的一种阻抗匹配网络，叫做天线调谐器。天线输入阻抗随频率而发生很大的变化，而发射机输出阻抗是一定的，若发射机与天线直接连接，当发射机频率改变时，发射机与天线之间阻抗不匹配，就会降低辐射功率。使用天线调谐器，就能使发射机与天线之间阻抗匹配，从而

36、使天线在任何频率上有最大的辐射功率。天线调谐器广泛用于地面、车载、舰载及航空短波电台中。【对数周期天线】是一种宽频带天线，或者说是一种与频率无关的天线。结构如图17所示，其中，图1是一种简单的对数周期天线，它的偶极子长度和间隔符合下列关系：,.,偶极子由一均匀双线传输线来馈电，如图2所示，传输线在相邻偶极子之间要调换位置。这种天线有一个特点：凡在f频率上具有的特性，在由f给出的一切频率上将重复出现，其中n为整数。这些频率画在对数尺上都是等间隔的，而周期等于的对数。对数周期天线之称即由此而来。对数周期天线只是周期地重复辐射图和阻抗特性。但是这样结构的天线，若不是远小于1，则它的特性在一个周期内的

37、变化是十分小的，因而基本上是与频率无关的。对数周期天线种类很多，有对数周期偶极天线和单极天线、对数周期谐振V形天线、对数周期螺旋天线等形式，其中最普遍的是对数周期偶极天线。这些天线广泛地用于短波及短波以上的波段。 【地波】沿地面传播的无线电波叫地波，又叫表面波。电波的波长越短，越容易被地面吸收，因此只有长波和中波能在地面传播。地波不受气候影响，传播比较稳定可靠。但在传播过程中，能量被大地不断吸收，因而传播距离不远。所以地波适宜在较小范围里的通信和广播业务使用。 【天波】经过空中电离层的反射或折射后返回地面的无线电波叫天波。所谓电离层，是地面上空40800公里高度电离了的气体层，包含有大量的自由

38、电子和离子。这主要是由于大气中的中性气体分子和原子，受到太阳辐射出的紫外线和带电微粒的作用所形成的。电离层能反射电波，也能吸收电波。对频率很高的电波吸收的很少。短波（即高频）是利用电离层反射传播的最佳波段，它可以借助电离层这面“镜子”反射传播；被电离层反射到地面后，地面又把它反射到电离层，然后再被电离层反射到地面，经过几次反射，可以传播很远。 一年四季和昼夜的不同时间，电离层都有变化，影响电波的反射，因此天波传播具有不稳定的特点。白天电离作用强，中波无线电波几乎全部被吸收掉，在收音机里难以收到远地中波电台播音；夜晚电离层对短波吸收的比较少，收听到的广播就比较多，声音也比较清晰。,.,由于电离层

39、总处在变化之中，反射到地面的电波有强有弱，所以用短波收音时会出现忽大忽小的衰落现象。太阳黑子爆发会引起电离层的骚动，增加对电波的吸收，甚至会造成短波通信的暂时中断。由于大地对短波吸收严重，所以短波沿地面只能传播几十公里。 【空间波】从发射点经空间直线传播到接收点的无线电波叫空间波，又叫直射波。空间波传播距离一般限于视距范围，因此又叫视距传播。超短波和微波不能被电离层反射，主要是在空间直接传播。其传播距离很近，易受高山和高大建筑物阻挡，为了加大传输距离，必须架高天线，尽管这样，一般的传输距离也不过50公里左右。微波接力通信是利用空间波传输的一种通信。由于微波的频率极高，频带很宽，能够传送大量的信

40、息，微波通信已被广泛应用。为了加大传输距离，在传送途中，每隔一定距离都要建一个接力站，象接力赛跑一样，把信息传到远处。 【散射波】在无法建立微波接力的地区，如沙漠、海疆、岛屿之间的通信，可以利用散射波传递信息。电离层和比电离层低的对流层等，都能散射微波和超短波无线电波，并且可以把它们散射到很远的地方去，从而实现超视距通信。散射信号一般很弱，进行散射通信要求使用大功率发射机，高灵敏度接收机和方向性很强的天线,.,移动基站天线基本知识,.,无线通信组网中天线的作用,把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间. 收集无线电波并产生电信号,什么是天线?,.,将传输线中的高频电磁能 转成为自由空间的

41、电磁波，或反之将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能。因此，要了解天线的特性就必然需要了解自由空间中的电磁波及高频传输线的一些相关的知识。,天线的作用,.,导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关.如果导线位置如由于两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱. 当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直

42、导线称为振子。,无线辐射电磁波的基本原理,.,天线可视为一个四端网络,.,同轴线变化为天线,.,两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长。全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。将振子折合起来的，称为折合振子。,1/2波长,一个1/2波长的对称振子 在800MHz 约 200mm长 400MHz 约 400mm 长,1/4波长,1/4波长,1/2波长,振子,对称振子,波长,.,三.天线的工作频率范围(带宽),无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围内工作的，通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小，据此可定义天线的频率带宽。

43、有几种不同的定义： 一种是指天线增益下降三分贝时的频带宽度； 一种是指在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。 在移动通信系统中是按后一种定义的，具体的说，就是当天线的输入驻波比1.5时，天线的工作带宽。,.,半波振子上的场分布,.,在 820 MHz 1/2 波长 为 180mm, 在890 MHz 为 170mm 175mm对 850MHz 将是最佳的 该天线的频带宽度 = 890 - 820 = 70MHz,当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降,在 850MHz 1/2 波长振子最佳,在 890 MHz,天线振子,在 820 MHz,在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。

44、,.,自由空间中的电磁波,无线电波 什么叫无线电波？无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。,.,无线电波有点象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。,无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用公里秒表示。在媒质中的传播速度为：/，式中为传播媒质的相对介电常数。空气的相对介电常数与真空的相对介电常数很接近，略大于。,因此，无线电波在空气中的传播速度略小于光速，通常我们就认为它等于光速。,.,电磁波的传播,.,可用式 / 表示。 式中，为速度，单位为米/秒； 为频率，单位为赫兹；为波长，单

45、位为米。 由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。 我们通常使用的聚四氟乙烯型绝缘同轴射频电缆其相对介电常数约为2.1，因此，/1.44 ，/1.44 。,无线电波的波长、频率和传播速度的关系,.,无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波。,无线电波的极化,.,垂直极化,水平极化,+ 45度倾斜的极化,天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向,- 45度倾

46、斜的极化,天线的极化,.,圆极化波,如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。 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； 右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收；而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，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任一圆极化波时，都要产生分贝的极化

47、损失，即只能接收到来波的一半能量；,.,两个天线为一个整体,传输两个独立的波,1. 双极化天线,.,2.极化损失,当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，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任一圆极化波时，都要产生分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量； 当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来波的极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离的。,.,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例,1000mW (即1W),1mW,在这种情况下的隔

48、离为 10log(1000mW/1mW) = 30dB,极化隔离,.,天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示. 方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力。,天线辐射的方向性,.,顶视,侧视,方向图,在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要求把“面包圈” 压成扁平的,一个单一的对称振子具有“面包圈” 形的方向图,.,在这儿增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd,对称振子组阵能够控制辐射能构成“扁平的面包圈”,.,在我们的“扇形覆盖天线”

49、中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。 这里, “扇形覆盖天线” 与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW) = 9dBd,“全向阵” 例如在接收机中为4mW功率,(顶视),天线,形成定向辐射的原理,反射面放在阵列的一边构成扇形覆盖天线,.,3. 前后比,方向图中，前后瓣最大电平之比称为前后比。它大，天线定向接收性能就好。基本半波振子天线的前后比为，所以对来自振子前后的相同信号电波具有相同的接收能力。,前向功率,后向功率,.,波束宽度,方位即水平面方向图,120 (eg),峰值,- 10dB点,- 10dB点,10dB 波束宽度,60 (eg),峰值,- 3dB点,- 3

50、dB点,3dB 波束宽度,15 (eg),Peak,Peak - 3dB,Peak - 3dB,32 (eg),Peak,Peak - 10dB,Peak - 10dB,俯仰面即垂直面方向图,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，其余的瓣称为副瓣。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，则方向性越好，抗干扰能力越强。,.,方向图旁瓣显示,上旁瓣抑制,下旁瓣抑制,.,增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益

51、越高。,七.天线的增益,1.增益的定义,.,增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。,天线的增益,1.增益的定义,.,全向天线增益与垂直波瓣宽度,.,9dBd全向天线,.,板状天线增益与水平波瓣宽度,.,一个单一对称振子具有面包圈形的方向图辐射,一个各向同性的辐射器在所有方向具有相同的辐射,一个天线与对称振子相比较的增益 用“dBd”表示 一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用“dBi”表示 例如: 3dBd = 5.17dBi,dBd 和 dBi的区别,2.1

52、7dB,对称振子的增益为2.17dB,.,天线增益与方向图的关系,一般说来，天线的主瓣波束宽度越窄，天线增益越高。当旁瓣电平及前后比正常的情况下，可用下式近似表示,反射面天线，则由于有效照射效率因素的影响，故,.,.,关于传输线的几个基本概念,连接天线和发射（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，

53、简称长线。,.,天线的输入阻抗,天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗有电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率。因此，必须使电抗分量尽可能为零，使天线的输入阻抗为纯电阻。 输入阻抗与天线的结构和工作波长有关，基本半波振子，即由中间对称馈电的半波长导线，其输入阻抗为（73.142.5）欧姆。当把振子长度缩短时，就可以消除其中的电抗分量，使天线的输入阻抗为纯电阻，即使半波振子的输入阻抗为73.1欧（标称75欧）。,.,传输线的特性阻抗,无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，用符号。表示。同轴电缆的特性阻

54、抗 。138/rlog(D/d)欧姆。 通常。=50欧姆/或75欧姆 式中，D为同轴电缆外导体铜网内径； d为其芯线外径； r为导体间绝缘介质的相对介电常数。 由上式不难看出，馈线特性阻抗与导体直径、导体间距和导体间介质的介电常数有关，与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗大小无关。,.,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。馈线上传输的是行波，馈线上各处的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。 而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

55、射回来形成反射波。,9.5 W,80 ohms,50 ohms,朝前: 10W,返回: 0.5W,这里的反射损耗为 10log(10/0.5) = 13dB VSWR 是反射损耗的另一种计量,反射系数、驻波系数与回波损耗,.,在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。两者叠加，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；而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。这种合成波称为驻波。反射波和入射波幅度之比叫作反射系数。 反射波幅度 （。） 反射系数 入射波幅度 （。） 驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比(

56、VSWR) 驻波波腹电压幅度最大值max （1+） 驻波系数 驻波波节电压辐度最小值min （1-） 终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数越接近于，匹配也就越好。,.,驻波比、反射损耗和反射系数,.,典型的移动基站天线技术指标综述,频率范围MHz820 - 890 频带宽度MHz70 增益dBi15 极化垂直极化 阻抗 50 反射损耗dB18 半功率(3dB) 方位64 俯仰13 10分贝 (10dB)波束宽度 方位120 俯仰30 前后比dB30 俯仰上旁瓣抑制dB -12 俯仰下旁瓣抑制dB -14 下倾角(可调)2 - 10 ,.,基站天馈系统,基站天馈系统示意图,8防雷

57、保护器,主馈线（7/8“）,5馈线卡,6走线架,4接地装置,3接头密封件 绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带,1天线调节支架,GSM/CDMA 板状天线,抱杆（50114mm）,2室外馈线,9室内超柔馈线,7馈线过线窗,基站主设备,.,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

58、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。,GSM/CDMA基站天馈系统,.,GSM/CDMA基站天馈系统,5 7/8馈线卡子 用于固定主馈线，在垂直方向，每间隔1。5米装一个，水平方向每间隔1米安装一个（在室内的主馈线部分，不需要安装卡子，一般用尼龙白扎带捆扎固定）。 常用的7/8卡子有两种；双联和三联。 7/8双联卡子可固定两根馈线；三联卡子可固定三根馈线。 6 走线架 用于布放主馈线、传输线、电源线及安装馈线卡子。 7 馈线过窗器 主要用来穿过各类线缆，并可用来防止雨水、鸟类、鼠类及灰尘的进入。 8 防雷保护器（避雷器） 主要用来防雷和泄流，装在主馈线与室内超柔跳线之间，其接地线穿过过线窗引出室外，与塔体相连或直接接入地网。,.,GSM/CDMA基站天馈系统,9 室内超柔跳线 用于主馈线（经避雷器）与基站主设备之间的连接，常用的跳线采用1/2超柔馈线，长度一般为23米。 由于各公司基站主设备的接口及接口位置有所不同，因此室内超柔跳线与主设备连接的接头规格亦有所不同，常用的接头有7/16DIN型