天線基礎(chǔ)知識與原理.ppt

1,天線基礎(chǔ)知識與原理,2010年6月,1,天線基本知識及原理,目 錄,一,二,天線的波束成型簡介,2,天線基本知識及原理,目 錄,一,3,1、天饋系統(tǒng)簡介 2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹 3、天線原理及指標(biāo)介紹,基站天線在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中占經(jīng)費(fèi)比例不到3%，但它對網(wǎng)絡(luò)性能的影響卻超過60%。 在實(shí)際網(wǎng)優(yōu)工作中，通過天線的選擇與調(diào)整是簡單但收效最大的方法。強(qiáng)化天線的性能和品質(zhì)起著四兩撥千斤的作用。,天線,1、天饋系統(tǒng)簡介,2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹,電調(diào)天線,常規(guī)天線,同一款基站天線有多種設(shè)計(jì)方案來實(shí)現(xiàn)。 設(shè)計(jì)方案涉及到天線的以下四部分： 1、輻射單元（振子） 2、反射板（底板） 3、功率分配網(wǎng)絡(luò)（饋電網(wǎng)絡(luò)） 4、封裝防護(hù)（天線罩）,反射板,振子,饋電網(wǎng)絡(luò),2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹-天線內(nèi)部結(jié)構(gòu),移動通信天線類型,縮短套筒振子,常規(guī)套筒振子,高性能與一般型產(chǎn)品材質(zhì)工藝對比天線振子,高性能,高性能,一般型,一般型,2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹-天線振子,常規(guī)套筒振子VS縮短套筒振子,2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹-天線振子,缺點(diǎn),振子形式,半波振子,微帶貼片,半波振子VS微帶貼片,2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹-天線振子,優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)方式,印制板,半波對稱振子是天線設(shè)計(jì)普遍采用的一種振子形式，可以有多種改進(jìn)形式：,2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹-天線振子,金屬板冷沖壓,鋅（鋁）合金壓鑄,2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹-天線振子,比較好的65度振子,比較差的65度振子,2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹-天線振子,比較好的90度振子,比較差的90度振子,2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹-天線振子,空氣微帶線饋電網(wǎng)絡(luò) 優(yōu)點(diǎn): 成本低，損耗小，設(shè)計(jì)自由度較大； 缺點(diǎn): 指標(biāo)穩(wěn)定性差，寄生輻射大，一致性差，性能受底板變形影響大。 近年來，隨著價(jià)格競爭加劇，不少廠家采用空氣微帶線網(wǎng)絡(luò)。,2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹-饋電網(wǎng)絡(luò),同軸電纜饋電網(wǎng)絡(luò) 優(yōu)點(diǎn): 穩(wěn)定性好，指標(biāo)一致性好，沒有寄生輻射； 缺點(diǎn): 設(shè)計(jì)自由度小，成本較高，損失較大，焊點(diǎn)多。 Katherin一直采用這種設(shè)計(jì)，comba的高端天線也采用這種設(shè)計(jì)。,2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹-饋電網(wǎng)絡(luò),2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹-饋電網(wǎng)絡(luò),底板鋁材規(guī)格應(yīng)首選抗腐蝕性好的5系列板材,目前導(dǎo)電性能優(yōu)良的有色金屬中鋁合金的性價(jià)比最高，海內(nèi)外天線廠家普遍采用鋁合金作為定向天線的底板，在具體規(guī)格選擇方面，國內(nèi)天線廠家主要使用1、3和5系列，下表以1060、3A21及5052作為各系列代表對比優(yōu)缺點(diǎn)：,從最佳性價(jià)比角度考慮，底板鋁材規(guī)格應(yīng)首選抗腐蝕性好的5系列板材。但在集采成本壓力下，國內(nèi)廠家很少選用5系列板材。,底板的技術(shù)要求及工藝說明,2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹-底板,底板技術(shù)要求及工藝說明,2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹-底板,天線罩以對天線主體的封裝防護(hù)為目的，主要為了減緩溫度、濕度、鹽霧、雨淋、攝冰、大風(fēng)、老化、等各種因素對天線性能的影響，國內(nèi)外基站天線的天線外罩目前普遍使用的材料為PVC和玻璃鋼。,玻璃鋼,PVC,天線罩對比,2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹-天線罩,天線罩材料選擇PVC，PVC材料與玻璃鋼材料關(guān)鍵參數(shù)對照表如下：,2、天線類型及各部件材質(zhì)介紹-天線罩,傳輸線,終端張角傳輸線,對稱振子,天線的定義： 能夠有效地向空間某特定方向輻射電磁波或能夠有效地接收空間某特定方向來的電磁波的裝置。 天線的功能： 能量轉(zhuǎn)換導(dǎo)行波和自由空間波的轉(zhuǎn)換； 定向輻射（接收）具有一定的方向性。,天線的輻射原理：,3、天線原理及指標(biāo)介紹-天線定義,水平面波束寬度 = 360 垂直面波束寬度= 78,方向圖象一個(gè)“汽車輪胎”,3、天線原理及指標(biāo)介紹-方向圖,將“輪胎”壓扁，信號就越集中，實(shí)際使用的天線就是采用一個(gè)或者多個(gè)輻射單元來實(shí)現(xiàn)的。,3、天線原理及指標(biāo)介紹-方向圖,遠(yuǎn)場測量微波暗室及其系統(tǒng) 40米20米 20米 ；,128探頭近場測量微波暗室及其系統(tǒng),3、天線原理及指標(biāo)介紹-方向圖,天線方向圖測試-輻射性能測試,輻射參數(shù)評估： 滿足所需求的覆蓋要求 水平面和垂直面波束寬度準(zhǔn)確，精確的下傾角，高前后比抑制同頻干擾，并滿足所需要的增益指標(biāo)。 能有效提升網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量 交叉極化比決定極化分集效果，網(wǎng)絡(luò)升抗多徑衰落的標(biāo)志。良好的上旁瓣抑制，在城區(qū)覆蓋中能夠減緩?fù)l干擾。 對網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo) 零點(diǎn)填充在某些特殊場景可有限度的減少盲點(diǎn)； 方向圖圓度是反映全向天線的覆蓋均勻性指標(biāo)。,輻射參數(shù)： - 按重要性順序排列 水平面波束寬度 電下傾角度 垂直面波束寬度 前后比 增益 交叉極化比 副瓣抑制 零點(diǎn)填充 方向圖圓度,25,3、天線原理及指標(biāo)介紹-輻射參數(shù),定義：在水平面方向圖上，在最大輻射方向的兩側(cè)，輻射功率下降3dB的兩個(gè)方向的夾角。,26,3、天線原理及指標(biāo)介紹-水平面波束寬度,輻射參數(shù)評估： 滿足所需求的覆蓋要求 水平面和垂直面波束寬度準(zhǔn)確，精確的下傾角，高前后比抑制同頻干擾，并滿足所需要的增益指標(biāo)。 能有效提升網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量 交叉極化比決定極化分集效果，網(wǎng)絡(luò)升抗多徑衰落的標(biāo)志。良好的上旁瓣抑制，在城區(qū)覆蓋中能夠減緩?fù)l干擾。 對網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo) 零點(diǎn)填充在某些特殊場景可有限度的減少盲點(diǎn)； 方向圖圓度是反映全向天線的覆蓋均勻性指標(biāo)。,輻射參數(shù)： - 按重要性順序排列 水平面波束寬度 電下傾角度 垂直面波束寬度 前后比 增益 交叉極化比 副瓣抑制 零點(diǎn)填充 方向圖圓度,27,3、天線原理及指標(biāo)介紹-輻射參數(shù),定義：在垂直方向圖上，在最大輻射方向的兩側(cè)，輻射功率下降3dB的兩個(gè)方向的夾角。,28,3、天線原理及指標(biāo)介紹-垂直面波束寬度,90o半功率角,65o半功率角,3、天線原理及指標(biāo)介紹-波束寬度案例介紹,輻射參數(shù)評估： 滿足所需求的覆蓋要求 水平面和垂直面波束寬度準(zhǔn)確，精確的下傾角，高前后比抑制同頻干擾，并滿足所需要的增益指標(biāo)。 能有效提升網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量 交叉極化比決定極化分集效果，提升抗多徑衰落的能力。良好的上旁瓣抑制，在城區(qū)覆蓋中能夠減緩?fù)l干擾。 對網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo) 零點(diǎn)填充在某些特殊場景可有限度的減少盲點(diǎn)； 方向圖圓度是反映全向天線的覆蓋均勻性指標(biāo)。,輻射參數(shù)： - 按重要性順序排列 水平面波束寬度 電下傾角度 垂直面波束寬度 前后比 增益 交叉極化比 副瓣抑制 零點(diǎn)填充 方向圖圓度,30,3、天線原理及指標(biāo)介紹-輻射參數(shù),定義：通過電子調(diào)節(jié)的方式優(yōu)化下傾角。,31,3、天線原理及指標(biāo)介紹-電下傾角度,輻射參數(shù)評估： 滿足所需求的覆蓋要求 水平面和垂直面波束寬度準(zhǔn)確，精確的下傾角，高前后比抑制同頻干擾，并滿足所需要的增益指標(biāo)。 能有效提升網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量 交叉極化比決定極化分集效果，網(wǎng)絡(luò)升抗多徑衰落的標(biāo)志。良好的上旁瓣抑制，在城區(qū)覆蓋中能夠減緩?fù)l干擾。 對網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo) 零點(diǎn)填充在某些特殊場景可有限度的減少盲點(diǎn)； 方向圖圓度是反映全向天線的覆蓋均勻性指標(biāo)。,輻射參數(shù)： - 按重要性順序排列 水平面波束寬度 電下傾角度 垂直面波束寬度 前后比 增益 交叉極化比 副瓣抑制 零點(diǎn)填充 方向圖圓度,32,3、天線原理及指標(biāo)介紹-輻射參數(shù),前后比(dB) = 10 log ，典型值約為25dB 目的是盡可能減少后向輻射功率,定義：是指天線的前向輻射功率和后向輻射功率之比。,33,3、天線原理及指標(biāo)介紹-前后比,前后比較差,前后比較好,后瓣過強(qiáng),天線后瓣較小,天線后瓣較大,3、天線原理及指標(biāo)介紹-前后比案例介紹,輻射參數(shù)評估： 滿足所需求的覆蓋要求 水平面和垂直面波束寬度準(zhǔn)確，精確的下傾角，高前后比抑制同頻干擾，并滿足所需要的增益指標(biāo)。 能有效提升網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量 交叉極化比決定極化分集效果，網(wǎng)絡(luò)升抗多徑衰落的標(biāo)志。良好的上旁瓣抑制，在城區(qū)覆蓋中能夠減緩?fù)l干擾。 對網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo) 零點(diǎn)填充在某些特殊場景可有限度的減少盲點(diǎn)； 方向圖圓度是反映全向天線的覆蓋均勻性指標(biāo)。,輻射參數(shù)： - 按重要性順序排列 水平面波束寬度 電下傾角度 垂直面波束寬度 前后比 增益 交叉極化比 副瓣抑制 零點(diǎn)填充 方向圖圓度,35,3、天線原理及指標(biāo)介紹-輻射參數(shù),全向輻射器在各個(gè)方向上 的輻射能量相等,單一偶極子的 “汽車輪胎”形輻射圖,偶極子比全向輻射器的增益高 2.15dB,天線相對于偶極子的增益用 “dBd” 表示 天線相對于全向輻射器的增益用 “dBi” 表示 如: 0dBd = 2.15dBi,天線,理想輻射單元,P1,P2,G = 10log(P1/P2),P0,定義：在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號的功率之比。,36,3、天線原理及指標(biāo)介紹-天線增益,輻射參數(shù)評估： 滿足所需求的覆蓋要求 水平面和垂直面波束寬度準(zhǔn)確，精確的下傾角，高前后比抑制同頻干擾，并滿足所需要的增益指標(biāo)。 能有效提升網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量 交叉極化比決定極化分集效果，網(wǎng)絡(luò)升抗多徑衰落的標(biāo)志。良好的上旁瓣抑制，在城區(qū)覆蓋中能夠減緩?fù)l干擾。 對網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo) 零點(diǎn)填充在某些特殊場景可有限度的減少盲點(diǎn)； 方向圖圓度是反映全向天線的覆蓋均勻性指標(biāo)。,輻射參數(shù)： - 按重要性順序排列 水平面波束寬度 電下傾角度 垂直面波束寬度 前后比 增益 交叉極化比 副瓣抑制 零點(diǎn)填充 方向圖圓度,37,3、天線原理及指標(biāo)介紹-輻射參數(shù),定義：對一個(gè)以一給定極化發(fā)射的無線電波而言，在接收點(diǎn)接收到的預(yù)期極化的功率與接收到的正交極化的功率之比。,38,3、天線原理及指標(biāo)介紹-交叉極化比,分集效果優(yōu)劣的指標(biāo) 為了獲得良好的上行分集增益，要求雙極化天線應(yīng)該具有良好的正交極化特性，才可以認(rèn)為兩個(gè)極化接收到的信號互不相關(guān)。,輻射參數(shù)評估： 滿足所需求的覆蓋要求 水平面和垂直面波束寬度準(zhǔn)確，精確的下傾角，高前后比抑制同頻干擾，并滿足所需要的增益指標(biāo)。 能有效提升網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量 交叉極化比決定極化分集效果，網(wǎng)絡(luò)升抗多徑衰落的標(biāo)志。良好的上旁瓣抑制，在城區(qū)覆蓋中能夠減緩?fù)l干擾。 對網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo) 零點(diǎn)填充在某些特殊場景可有限度的減少盲點(diǎn)； 方向圖圓度是反映全向天線的覆蓋均勻性指標(biāo)。,輻射參數(shù)： - 按重要性順序排列 水平面波束寬度 電下傾角度 垂直面波束寬度 前后比 增益 交叉極化比 副瓣抑制 零點(diǎn)填充 方向圖圓度,39,3、天線原理及指標(biāo)介紹-輻射參數(shù),定義：降低旁瓣電平的任何方法、操作或調(diào)節(jié)。,40,3、天線原理及指標(biāo)介紹-副瓣抑制,普通天線方向圖,賦形天線方向圖,22.5deg,317.5deg,50deg,290deg,22.5deg,317.5deg,290deg,350deg,350deg,65度 下傾6度,上側(cè)副瓣抑制較好,沒有上側(cè)副瓣抑制,3、天線原理及指標(biāo)介紹-副瓣抑制,輻射參數(shù)評估： 滿足所需求的覆蓋要求 水平面和垂直面波束寬度準(zhǔn)確，精確的下傾角，高前后比抑制同頻干擾，并滿足所需要的增益指標(biāo)。 能有效提升網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量 交叉極化比決定極化分集效果，網(wǎng)絡(luò)升抗多徑衰落的標(biāo)志。良好的上旁瓣抑制，在城區(qū)覆蓋中能夠減緩?fù)l干擾。 對網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo) 零點(diǎn)填充在某些特殊場景可有限度的減少盲點(diǎn)； 方向圖圓度是反映全向天線的覆蓋均勻性指標(biāo)。,輻射參數(shù)： - 按重要性順序排列 水平面波束寬度 電下傾角度 垂直面波束寬度 前后比 增益 交叉極化比 副瓣抑制 零點(diǎn)填充 方向圖圓度,42,3、天線原理及指標(biāo)介紹-輻射參數(shù),定義：為了使天線的輻射電平更加均勻，在天線的垂直平面內(nèi)，下副瓣第一零點(diǎn)采用賦形波束加以設(shè)計(jì)加以填充。,43,3、天線原理及指標(biāo)介紹-零點(diǎn)填充,輻射參數(shù)評估： 滿足所需求的覆蓋要求 水平面和垂直面波束寬度準(zhǔn)確，精確的下傾角，高前后比抑制同頻干擾，并滿足所需要的增益指標(biāo)。 能有效提升網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量 交叉極化比決定極化分集效果，網(wǎng)絡(luò)升抗多徑衰落的標(biāo)志。良好的上旁瓣抑制，在城區(qū)覆蓋中能夠減緩?fù)l干擾。 對網(wǎng)絡(luò)性能有影響的輔助指標(biāo) 零點(diǎn)填充在某些特殊場景可有限度的減少盲點(diǎn)； 方向圖圓度是反映全向天線的覆蓋均勻性指標(biāo)。,輻射參數(shù)： - 按重要性順序排列 水平面波束寬度 電下傾角度 垂直面波束寬度 前后比 增益 交叉極化比 副瓣抑制 零點(diǎn)填充 方向圖圓度,44,3、天線原理及指標(biāo)介紹-輻射參數(shù),立體圖,定義：全向天線的方向圖圓度是指在水平面方向圖中，其最大值或最小值電平值與平均值的偏差。,45,3、天線原理及指標(biāo)介紹-方向圖圓度,電路參數(shù)評估： 保證通信質(zhì)量的輔助指標(biāo) 電壓駐波比小，提高傳輸效率； 隔離度盡量低，增加收發(fā)隔離，抑制自激等現(xiàn)象； 交調(diào)指標(biāo)優(yōu)良，避免3階交調(diào)分量影響自身系統(tǒng)或其它系統(tǒng)的通話質(zhì)量。,電路參數(shù)： - 按重要性順序排列 VSWR 隔離度 三階交調(diào),46,3、天線原理及指標(biāo)介紹-電路參數(shù),定義：為傳輸線上的電壓最大值與電壓最小值之比。當(dāng)天線端口沒有反射時(shí)，就是理想匹配，駐波比為1；當(dāng)天線端口全反射時(shí)，駐波比為無窮大。,47,3、天線原理及指標(biāo)介紹-駐波比,0.95 W,前向: 1W,回波: 0.05W,此例中，回波損耗為 10log(1/0.05) = 14dB ， VSWR (駐波比) 是對此現(xiàn)象的另一種度量方法,回波損耗,3、天線原理及指標(biāo)介紹-駐波比,VSWR測試 測試條件儀表： 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀及校準(zhǔn)配件 測試注意事項(xiàng)：儀表誤差校準(zhǔn)件誤差 測試條件場地： 微波暗室或開闊空間 駐波比典型值 1.5,3、天線原理及指標(biāo)介紹-駐波比測試,整個(gè)天饋系統(tǒng)的駐波比是影響因素包括： 天線駐波、饋線系統(tǒng)的插入損耗、室外跳線駐波、饋線駐波、避雷器駐波、室內(nèi)超柔跳線駐波比 是以上所有部分駐波的綜合效果。 饋線的接頭制作和避雷器的駐波比在工程上常常被忽視，是造成天饋系統(tǒng)駐波比升高的主要原因。,設(shè)天線端口駐波比1.5，電纜的損耗4dB/100米，如果其他部件制作工藝優(yōu)秀，則可以算出不同電纜長度時(shí)在機(jī)房端口測得的駐波比如左表所示。,3、天線原理及指標(biāo)介紹-駐波比測試,電路參數(shù)評估： 保證通信質(zhì)量的輔助指標(biāo) 電壓駐波比小，提高傳輸效率； 隔離度盡量低，增加收發(fā)隔離，抑制自激等現(xiàn)象； 交調(diào)指標(biāo)優(yōu)良，避免3階交調(diào)分量影響自身系統(tǒng)或其它系統(tǒng)的通話質(zhì)量。,電路參數(shù)： - 按重要性順序排列 VSWR 隔離度 三階交調(diào),51,3、天線原理及指標(biāo)介紹-駐波比測試,定義：某一極化接收到的另一極化信號的比例。,52,3、天線原理及指標(biāo)介紹-隔離度,八端口網(wǎng)絡(luò)分析儀,四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀,九端口網(wǎng)絡(luò)分析儀,3、天線原理及指標(biāo)介紹-隔離度測試,電路參數(shù)評估： 保證通信質(zhì)量的輔助指標(biāo) 電壓駐波比小，提高傳輸效率； 隔離度盡量低，增加收發(fā)隔離，抑制自激等現(xiàn)象； 交調(diào)指標(biāo)優(yōu)良，避免3階交調(diào)分量影響自身系統(tǒng)或其它系統(tǒng)的通話質(zhì)量。,電路參數(shù)： - 按重要性順序排列 VSWR 隔離度 三階交調(diào),54,3、天線原理及指標(biāo)介紹-電路參數(shù),定義：指當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)發(fā)射頻率信號經(jīng)過天線時(shí)，由于天線的非線性而引起的與原信號頻率及倍頻有和差關(guān)系、并落在接收頻帶內(nèi)的射頻信號。這些信號電平足夠大時(shí)，就會造成系統(tǒng)性能下降。,無源交調(diào)（PIM）：當(dāng)兩個(gè)頻率f1和f2輸入到天線，由于非線性效應(yīng)，天線輻射的信號除頻率 f1 和 f2 外，還包括有其他頻率，如 2f1-f2 和 2f2-f1 (3階) 等。,55,3、天線原理及指標(biāo)介紹-三階交調(diào),各系統(tǒng)三階、五階交調(diào)計(jì)算：,3、天線原理及指標(biāo)介紹-三階交調(diào),3、天線原理及