天线基础理论

1、2020年7月10日，天线的基本理论，莫比天线，2020年7月10日，天线的基本特性，什么是天线？传输线中的电磁能量从空间转换成电磁波，可以有效地接收或发射电磁波并转换能量；有效定向辐射(或接收)；2020/7/10，天线是如何形成的？2020/7/10，半波偶极子，2020/7/10，电缆50欧姆，天线50欧姆，带多个半波偶极子的基站天线的情况，2020/7/10，移动基站天线的基本理论，1。基本概念2。模式和增益3。极化模式，天线带宽，阻抗，驻波比4。分集接收，倾角，无源互调，交叉极化5。天线结构考虑，环境试验6。天线在无线网络中的作用。2020/7/10，1天线基本概念：天线的包装盒中有

2、技术参数的说明。例如：频带：18951920增益：10dBi驻波比1.5倾角：20度极化模式：垂直极化电缆长度：1.5m阻抗：50欧姆。这些参数的含义介绍如下。2020/7/10，2。天线的方向图和增益，天线的功能之一是有效地辐射或接收，而天线是无源的，这并不增加辐射信号的能量，而只是起到在空间中重新分配能量的作用，即把能量集中在期望的方向上，把天线的方向性抑制在不必要的方向上。2020/7/10，天线是一种将传输线中的电磁能转换成自由空间中的电磁波或将空间电磁波转换成传输线中的电磁能的装置。因为天线是无源器件，它只起转换的作用，不能放大信号。那么为什么说XX天线的增益是10分贝呢？2020/

3、7/10，每个人都有这样的经历：当外面损坏的基站被带到机房测试时，它一般不连接到天线上，打电话没有问题，但是覆盖距离很小，连接到天线后覆盖距离明显要大得多。毫无疑问，天线有增益，尺寸也有差异。如果一个无源器件想要获得正增益，其中一些必须具有负增益，这与天线的辐射方向图有关。2020/7/10，方向图的定义是天线的方向性由表示在垂直面和水平面上不同方向辐射的电磁波功率的曲线来表示。理想点源(无损均匀辐射器)，2020年7月10日。与我们的全向天线方向图相比，我们可以看到全向天线在水平方向突出一部分(正增益)，在垂直方向损失一部分(负增益)。因此，我们得出结论，我们使用的10dbi全向天线在一个方

4、向上补充能量，以实现无源增益。2020/7/10，辐射方向图，通常使用代表不同方向上辐射(或接收)电磁波功率的垂直平面和水平平面上的曲线来表示天线-天线方向图的方向性；方向图特征波束宽度、前后比、旁瓣抑制、垂直平面方向图、水平平面方向图、立体方向图、2020/7/10、波束宽度、2020/7/10、3dB波束宽度水平、定向天线：30/65/90/1000 2020/7/10、前后比、最大主瓣与最大后瓣之比、f/b=10 log典型值：25db、(正向功率)反向功率、正向功率、2020实际上是分贝。DBuV:与dBm相同的概念。我们在场强计和手机测试模式中看到的基站场强单位是它，与dBm的关系是

5、：dBm:10lg(功率/1mW)；DBuv: 20lg(电压/1uv)，电源电压平方/50欧姆(如果端口阻抗为50欧姆，一般系统为)，因此：dBuv=dBm 107 dB，2020/7/10，半波振荡器，理想点源(无损耗均匀辐射器)，eg : 0 0 dBd=2.15 dBi，dBd和dBi 2020/7/10，全向天线的垂直波束宽度和增益，2020/7/10，增益=0考虑到损耗和辐射效率，全向天线的增益可以用公式G(dBi)=10lg()来估算。对于定向天线，最大增益可通过G (DBI)=10LG()估算。一般来说，考虑到损耗和效率，800/900MHz定向天线可以用G(dBi)=10lg

6、()来估计；1800/1900/3G天线可通过G(dBi)=10lg()估算。例如，MB1800-65-17D的垂直波束宽度为7.5度，测试增益大于17分贝，根据上述公式估计为17.4分贝；2020/7/10，2020/7/10，3极化模式，驻波比，天线带宽，阻抗，天线最重要的参数之一是极化模式。天线的极化指的是天线辐射时形成的电场强度的方向(图中的红色箭头)。当电场强度的方向垂直于地面时，这种电波称为垂直极化波。当电场强度的方向平行于地面时，这种电波称为水平极化波。2020/7/10，天线极化，垂直，水平，45度倾斜，-45度倾斜，天线极化方向定义为天线辐射的电磁波中电场的方向，在远场中，振

7、子的方向是电场的方向，2020/7/10，双极化天线：在天线罩下具有水平线性极化和垂直线性极化(或/- 45极化)两个天线的天线，2020/7/10，1000毫瓦(1瓦)，1毫瓦，10 极化(端口)隔离)，2020/7/10 VSWR=(1 )/(1-)(反射系数)=(VSWR-1)/(VSWR 1) RL(回波损耗)=-20lg=-10lg(入射功率/入射功率)反射系数2=入射功率/入射功率，回波损耗：10Log (10/0.5) VSWR=1.56，正向： 10W，反向： 0.5W，9.5 W，2020/7/10 7/8”电缆损耗为5dB/100米，在VSWR=1(完全匹配)下测量；随着入

8、射功率的增加，能量损耗增加，从而降低了馈线对天线的输入功率；VSWR越大，反射越大，匹配越差。那么，驻波比差的缺点是什么？工程中可接受的驻波比是多少？一个合适的VSWR指数是在损失的能量和制造成本之间进行权衡。2020/7/10，回波损耗(分贝)，2020/7/10。从上图可以看出，当VSWR=1.3时，天线反射1.7%的功率(0.07分贝)，馈线的新损耗为0.06分贝，比完全匹配(VSWR=1)高2.9%。可以看出，与VSWR=1.5相比，VSWR=1.3仅降低了0.23分贝的功率损耗，这在移动通信的衰落传播中可以忽略。然而，天线的制造成本要高得多。不要盲目追求低驻波比！2020/7/10，

9、阻抗天线可视为谐振回路。谐振回路当然有它的阻抗。我们对阻抗的要求是匹配，连接到天线的电路必须具有与天线相同的阻抗。天线与馈线相连，天线的阻抗必须与馈线的阻抗相同，才能达到最佳效果。目前，个人通信系统/全球移动通信系统/码分多址系统的天线阻抗都是50欧姆。2020/7/10，带宽，*模式带宽：模式变化(最大辐射方向偏离预定方向，主瓣变宽，旁瓣电平增加等)的频率范围。)不超过允许值。*方向性(或增益)系数带宽：方向性系数(或增益)降至允许值的频率范围。*阻抗带宽：VSWR不超过特定限值的频率范围。*极化带宽：主极化方向的交叉极化不超过一定限度的频率范围。2020/7/10，交叉极化，2020/7/

10、10，天线倾角，10电倾角，10机械倾角，6电倾角，4机械倾角，2020/7/10，倾角对网络设计的影响，在宽带码分多址系统中，天线倾角对小区的影响很大，如果倾角设置得太小，可能会出现严重的跨区域覆盖现象，这将增加相邻干扰和软切换的比例，降低系统的容量。因此，有必要设置一个合适的倾角。2020/7/10，下倾的设计方法，tan(-/2)=HANT/RCELL，2020/7/10，仿真条件，仿真结果，结论1:当站间距离逐渐减小时，增加下倾可以减少邻区干扰，降低软切换率，增加小区容量。结论2:确定下带半径有一个最佳倾角。2020/7/10，电子下倾和机械调节下倾模式，2020/7/10，无源互调，

11、互调指的是将几个不同频率的信号混合后，产生一个新的信号，这是由射频器件的非线性效应引起的；一阶A B二阶A B A-B三阶2A-B 2B-A四阶3A-B3-A2A-2B五阶4A4B-A3A-2B 3B-2A，2020/7/10，基站发射频率与接收频率分离，发射信号因互调而耦合出去，当互调信号接近或高于有用信号时，系统会将互调信号误认为有用信号，导致掉话等。由于发射频率和接收频率之间的差异不是太大，从互调公式可以看出，三阶、五阶和七阶互调可能落在接收频率上。互调如何影响系统？2020年7月10日，互调的原因，无源互调的原因：磁性物质存在，接头不紧密，不同金属材料接触，相同材料的接触面不光滑。所谓

12、的无源互调特性是指由无源元件(如连接器、馈线、天线、滤波器等)的非线性引起的互调效应。当它们在具有多个载波频率的高功率信号条件下工作时。无源元件通常被认为是线性的，但是在高功率条件下，无源元件具有不同程度的非线性。目前，学术界对这种非线性的机理还不清楚，这种效应与二极管的工作原理有些相似。当只输入一个频率的大功率信号时，这种非线性效应会产生高次谐波；当输入不同频率的大功率信号时，会产生混频效应，从而导致其他频率信号的产生。这些新产生的信号被称为互调产物。，2020年7月10日，如何计算三阶互调范围？例如，在码分多址1900中，传输信号为1930-1990兆赫，互调频率范围2A-B的计算公式可以

13、计算出干扰频率为1870-2050兆赫，而接收信号为1850-1910兆赫，互调频率为1870-1910兆赫。GSM 900的传输频率为935-960兆赫。对于码分多址2000，发射频率为21102170兆赫，接收频率为1920-1980兆赫。码分多址2000没有三阶互调。经计算，三阶互调范围为20502230MHz，与接收频率无交集。2020年7月10日，三阶互调大小的定义规范。例如，GSM tx频段(935-960 MHz)rx频段(890-915mhz) f1=936mhz，F2=958mhz，然后2f1-F2=914mhz im=10logmpip3 (DBM)(以1MW为基准)im=

14、10log (mpip3/ptx) (DBC)(以载波功率为基准)=10 log mpip 3(DBM)-10 log PTX-要求：20W(43dBm)载波功率为-107dBm分集技术是对抗快衰落的最有效措施之一。当两个天线在水平面上相隔10个波长时，衰落可以减小。分集模式：空间分集：分集是通过从空间距离为d的多个天线接收信号来实现的。极化分集：垂直/水平极化的正交性用于双向分集；时间多样性：编码编织技术；跳频技术。当分集天线的有效架设高度小于30m，并且分集天线之间的距离小于3m时，两对分集天线处于彼此的近场，这影响了天线方向图的失真。为了使两个天线相互影响引起的天线方向波动小于2dB，在任意天线有效高度下，分集天线之间的距离应大于3m。2020年7月10日，应考虑天线结构。其原理是天线应体积小、重量轻、安装方便、制造简单、成本低、使用寿命长、结构稳定、环境适应性好、外形美观。由于天线长期工作在恶劣的环境中，对密封性要求很高，因此有必要设计排水孔。2020/7/10，环境试验，高低温试验，振动试验，雨水试验，防水试验，盐雾试验，冲击试验，强度试验，恒温湿热试验，风洞试验，运输试验，2020/7/10，天线参数在无线网络