天線基礎(chǔ)知識ppt課件

1、中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組優(yōu)秀精品課件文檔資料優(yōu)秀精品課件文檔資料中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組天天線線根根底底知知識識中國挪動通訊集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國挪動通訊集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中中級級培培訓(xùn)訓(xùn)第第一一模模塊塊之之三三中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組 內(nèi)容引見 天線實際根底知識 不同天線的適用范圍及特點 任務(wù)中的本卷須知 天線根底知識天線根底知識中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組1.1 1.1 天線的作用與位置天線的作用與位置 無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號功率，經(jīng)過饋線電纜保送到無線電發(fā)射機(jī)輸出的

2、射頻信號功率，經(jīng)過饋線電纜保送到天線，由天線以電磁波方式輻射出去。電磁波到達(dá)接納地點后，由天線，由天線以電磁波方式輻射出去。電磁波到達(dá)接納地點后，由天線接納下來，并經(jīng)過饋線送到無線電接納機(jī)?？梢?，天線是發(fā)射天線接納下來，并經(jīng)過饋線送到無線電接納機(jī)。可見，天線是發(fā)射和接納電磁波的一個重要的無線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無線電和接納電磁波的一個重要的無線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無線電通訊。通訊。 天線種類繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場所、不同要天線種類繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場所、不同要求等不同情況下運(yùn)用。求等不同情況下運(yùn)用。 對于眾多種類的天線，進(jìn)展適當(dāng)?shù)姆诸愂潜匾模簩τ诒姸喾N類

3、的天線，進(jìn)展適當(dāng)?shù)姆诸愂潜匾模?按用途分類：可分為通訊天線、電視天線、雷達(dá)天線等；按用途分類：可分為通訊天線、電視天線、雷達(dá)天線等； 按任務(wù)頻段分類：可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按任務(wù)頻段分類：可分為短波天線、超短波天線、微波天線等； 按方向性分類：可分為全向天線、定向天線等；按方向性分類：可分為全向天線、定向天線等； 按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等；按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等； 按極化方式分類：垂直極化、程度極化、交叉極化等按極化方式分類：垂直極化、程度極化、交叉極化等天線實際根底知識天線實際根底知識中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組*

4、 * 電磁波的輻射電磁波的輻射 導(dǎo)線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的導(dǎo)線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的才干與導(dǎo)線的長度和外形有關(guān)。如才干與導(dǎo)線的長度和外形有關(guān)。如 圖圖1.1 a 1.1 a 所示，假設(shè)兩導(dǎo)線的所示，假設(shè)兩導(dǎo)線的間隔很近，電場被束縛在兩導(dǎo)線之間，因此輻射很微弱；將兩導(dǎo)線間隔很近，電場被束縛在兩導(dǎo)線之間，因此輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開，如張開，如 圖圖1.1 b 1.1 b 所示，電場就散播在周圍空間，因此輻射加強(qiáng)。所示，電場就散播在周圍空間，因此輻射加強(qiáng)。 必需指出，當(dāng)導(dǎo)線的長度必需指出，當(dāng)導(dǎo)線的長度 L L 遠(yuǎn)小于波長遠(yuǎn)小于波長 時，輻射很

5、微弱；時，輻射很微弱；導(dǎo)線的長度導(dǎo)線的長度 L L 增大到可與波長相比較時，導(dǎo)線上的電流將大大添增大到可與波長相比較時，導(dǎo)線上的電流將大大添加，因此就能構(gòu)成較強(qiáng)的輻射。加，因此就能構(gòu)成較強(qiáng)的輻射。圖1.1 a圖1.1 b天線實際根底知識天線實際根底知識中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組1.2 1.2 對稱振子對稱振子 對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止運(yùn)用最廣泛的天線，單個半波對稱振對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止運(yùn)用最廣泛的天線，單個半波對稱振子可簡單地單獨立地運(yùn)用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個半波對子可簡單地單獨立地運(yùn)用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個半波對稱

6、振子組成天線陣。稱振子組成天線陣。 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子二分之一波長的振子，稱半波對稱振子, , 見見 圖圖1.2 a 1.2 a 。 另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個端點相疊，這個窄長的矩形框稱個窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個端點相疊，這個窄長的矩形框稱為折合振子，留意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半曲折合為折

7、合振子，留意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半曲折合振子振子, , 見見 圖圖1.2 b 1.2 b 。1/4波長波長對稱振子對稱振子1/4波長波長1/2波長波長圖1.2 a圖1.2 b天線實際根底知識天線實際根底知識中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組1.3 1.3 天線方向性天線方向性1.3.1 1.3.1 天線方向性全向天線天線方向性全向天線 發(fā)射天線的根本功能之一是把從饋線獲得的能量向周圍空間輻射出去，發(fā)射天線的根本功能之一是把從饋線獲得的能量向周圍空間輻射出去，根本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。垂直放置的半波對稱振根本功能之二是把大部分能量朝所

8、需的方向輻射。垂直放置的半波對稱振子具有平放的子具有平放的 “ “面包圈面包圈 形的立體方向圖圖形的立體方向圖圖1.3.1 a1.3.1 a。立體方向圖。立體方向圖雖然立體感強(qiáng)，但繪制困難，圖雖然立體感強(qiáng)，但繪制困難，圖1.3.1 b 1.3.1 b 與圖與圖1.3.1 c 1.3.1 c 給出了它的兩個主給出了它的兩個主平面方向圖，平面方向圖描畫天線在某指定平面上的方向性。從圖平面方向圖，平面方向圖描畫天線在某指定平面上的方向性。從圖1.3.1 b 1.3.1 b 可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在程度面上；而可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在程度面上；而

9、從圖從圖1.3.1 c 1.3.1 c 可以看出，在程度面上各個方向上的輻射一樣大?？梢钥闯?，在程度面上各個方向上的輻射一樣大。圖圖1.3.1 c 程度面方向圖程度面方向圖圖圖1.3.1 b 垂直面方向圖垂直面方向圖圖圖1.3.1 a 立體方向圖立體方向圖天線實際根底知識天線實際根底知識中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組1.3.2 天線方向性加強(qiáng)全向天線 假設(shè)干個對稱振子組陣，可以控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈 ，把信號進(jìn)一步集中到在程度面方向上。 以下圖是4個半波對稱振子沿垂線上下陳列成一個垂直四元陣時的立體方向圖和垂直面方向圖。垂直面方向圖垂直面方向圖立體方向圖立體方向

10、圖天線實際根底知識天線實際根底知識中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組也可以利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向定向天線 平面反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形區(qū)覆蓋天線。下面的程度面方向圖闡明了反射面的作用-反射面把功率反射到單側(cè)方向，提高了增益。全向陣全向陣垂直陣列垂直陣列 不帶平面反射板不帶平面反射板 拋物反射面的運(yùn)用，更能使天線的輻射，像光學(xué)中的探照燈那樣，把能量集拋物反射面的運(yùn)用，更能使天線的輻射，像光學(xué)中的探照燈那樣，把能量集中到一個小立體角內(nèi)，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構(gòu)成包括中到一個小立體角內(nèi)，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構(gòu)成包括兩個根

11、本要素：拋物反射面兩個根本要素：拋物反射面 和和 放置在拋物面焦點上的輻射源。放置在拋物面焦點上的輻射源。扇形區(qū)覆蓋扇形區(qū)覆蓋垂直陣列垂直陣列 帶平面反射板帶平面反射板平面反射板平面反射板天線實際根底知識天線實際根底知識中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組1.3.3 增益天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的才干，它是選擇基站天線最重要的參數(shù)之一。普通來說，增益的提高主要依托減小垂直方向輻射的波瓣寬度，而在程度面上堅持全向的輻射性能。天線增益對挪動通訊系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量極為重要，由于它決議蜂窩邊緣的信號電平。添加增益就可以在一確定方向上增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，或者在確定范圍

12、內(nèi)增大增益余量。表征天線增益的參數(shù)有dBd和dBi。DBi是相對于點源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；dBd相對于對稱陣子天線的增益dBi=dBd+2.15。一樣的條件下，增益越高，電波傳播的間隔越遠(yuǎn)。普通地，GSM定向基站的天線增益為15.5dBi/18.5dBi，全向的為11dBi。天線實際根底知識天線實際根底知識中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組 1.3.4 1.3.4 波瓣寬度半功率角波瓣寬度半功率角 方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，其方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，其他的瓣稱為副瓣或旁瓣。在主瓣最大輻射方向

13、兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低他的瓣稱為副瓣或旁瓣。在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低 3 dB 3 dB功率密度降低一半的兩點間的夾角定義為波瓣寬度又稱功率密度降低一半的兩點間的夾角定義為波瓣寬度又稱 波束寬度波束寬度 或或 主瓣寬度主瓣寬度 或或 半功率角。波瓣寬度越窄，方向性越好，作用間隔越遠(yuǎn)，半功率角。波瓣寬度越窄，方向性越好，作用間隔越遠(yuǎn)，抗干擾才干越強(qiáng)。抗干擾才干越強(qiáng)。 - 3dB點點 - 3dB點點峰值方向峰值方向最大輻射方向最大輻射方向天線實際根底知識天線實際根底知識中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組 1.3.5 前后比 方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為

14、F / B 。前后比越大，天線的后向輻射或接納越小。前后比F / B 的計算非常簡單- F / B = 10 Lg 前向功率密度 / 后向功率密度 對天線的前后比F / B 有要求時，其典型值為 18 30dB，特殊情況下那么要求達(dá)35 40dB . 簡單了解：可以簡單的把天線發(fā)射的能量定義為一個氣球，假設(shè)前后比小了，意味著后面發(fā)射功率大了，覆蓋方向上的能量小了，呵斥覆蓋變差，同時能夠引起干擾。 天線實際根底知識天線實際根底知識中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組 1.3.6 1.3.6 上旁瓣抑制以及下傾角上旁瓣抑制以及下傾角 對于基站天線，人們經(jīng)常要求它的垂直面即俯仰面

15、方向圖中，主對于基站天線，人們經(jīng)常要求它的垂直面即俯仰面方向圖中，主瓣上方第一旁瓣盡能夠弱一些。這就是所謂的上旁瓣抑制瓣上方第一旁瓣盡能夠弱一些。這就是所謂的上旁瓣抑制 ?；镜男Я?。基站的效力對象是地面上的挪動用戶，指向天空的輻射是毫無意義的，同時上旁瓣信號象是地面上的挪動用戶，指向天空的輻射是毫無意義的，同時上旁瓣信號假設(shè)很強(qiáng)，容易呵斥對遠(yuǎn)處基站的干擾。假設(shè)很強(qiáng)，容易呵斥對遠(yuǎn)處基站的干擾。 為了使信號根好的到達(dá)覆蓋區(qū)域，需求對天線在機(jī)械安裝時價一定的為了使信號根好的到達(dá)覆蓋區(qū)域，需求對天線在機(jī)械安裝時價一定的角度，是天線的主波瓣方向?qū)@覆蓋區(qū)域，即加強(qiáng)了覆蓋，同時又減少了角度，是天線的主

16、波瓣方向?qū)@覆蓋區(qū)域，即加強(qiáng)了覆蓋，同時又減少了信號越區(qū)覆蓋，構(gòu)成干擾。信號越區(qū)覆蓋，構(gòu)成干擾。天線的根本知識天線的根本知識天線實際根底知識天線實際根底知識中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組垂直極化垂直極化1.4 1.4 天線的極化天線的極化 天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。人們規(guī)定：電天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。以下圖示出了兩種根本的單極化的情況：垂場的方向就是天線極化方向。以下圖示出了兩種根本的單極化的情況：垂直極化電場垂直于地面直極化電場垂直于地面-是最常用的；程度極化是最常用的；程度極化

17、-也是要被用到的。也是要被用到的。程度極化程度極化EE天線實際根底知識天線實際根底知識中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組為什么垂直極化為什么垂直極化 天線更常用？天線更常用？ 天線實際根底知識天線實際根底知識 前面提到：天線的極化方向與電場方向一樣，當(dāng)電場前面提到：天線的極化方向與電場方向一樣，當(dāng)電場強(qiáng)度方向垂直于地面時，此就稱為垂直極化波，否那么就強(qiáng)度方向垂直于地面時，此就稱為垂直極化波，否那么就稱為程度極化波。程度極化波傳播時貼近地面，會在大地稱為程度極化波。程度極化波傳播時貼近地面，會在大地外表構(gòu)成極化電流，極化電流受大地阻抗的影響，產(chǎn)生熱外表構(gòu)成極化電流，極化電流

18、受大地阻抗的影響，產(chǎn)生熱能，使電信號迅速衰落，覆蓋間隔變短。垂直極化波覆蓋能，使電信號迅速衰落，覆蓋間隔變短。垂直極化波覆蓋間隔更遠(yuǎn)。間隔更遠(yuǎn)。中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組垂直極化垂直極化1.4.1 1.4.1 雙極化天線雙極化天線 把垂直極化和程度極化兩種極化的天線組合在一同，或者，把把垂直極化和程度極化兩種極化的天線組合在一同，或者，把 +45 +45 極化和極化和 - -4545 極化兩種極化的天線組合在一同，就構(gòu)成了一種新的天線極化兩種極化的天線組合在一同，就構(gòu)成了一種新的天線-雙極化天線。雙極化天線。程度極化程度極化+45 極化極化-45 極化極化EEEE

19、天線實際根底知識天線實際根底知識中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組 以下圖示出了兩個單極化天線安裝在一同組成一付雙極化天線，留意，以下圖示出了兩個單極化天線安裝在一同組成一付雙極化天線，留意，雙極化天線有兩個接頭。雙極化天線有兩個接頭。 雙極化天線輻射或接納兩個極化在空間相互正交垂直的波。雙極化天線輻射或接納兩個極化在空間相互正交垂直的波。 +45/-45 +45/-45雙極化天線更常用。為什么？雙極化天線更常用。為什么？V/H垂直垂直/程度型程度型 雙雙 極極 化化+ 45 / -45 型型 雙雙 極極 化化天線實際根底知識天線實際根底知識中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中

20、國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組l從前面我們曾經(jīng)知道了表征天線性能的一些參數(shù)：方向圖，增益、半功率角、極化方式、前后比l還有部分表征天線性能的參數(shù)：頻段、輸入阻抗、駐波比、分量、尺寸等，不再一一引見。l下面將結(jié)合實踐任務(wù)中運(yùn)用的天線講解不同天線的適用范圍及特點。天線實際根底知識天線實際根底知識中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組不同天線的適用范圍及特點不同天線的適用范圍及特點全向天線：全向天線：適用范圍：普通用于話務(wù)量較低以滿足覆蓋為主的鄉(xiāng)村適用范圍：普通用于話務(wù)量較低以滿足覆蓋為主的鄉(xiāng)村特點：特點：天線增益小，僅僅天線增益小，僅僅11dbi11dbi覆蓋時不存在縫隙，但容易產(chǎn)生

21、覆蓋時不存在縫隙，但容易產(chǎn)生“燈下黑，所以鐵塔高度不能太高?；蛘哌\(yùn)用燈下黑，所以鐵塔高度不能太高?；蛘哌\(yùn)用電下傾天線處理電下傾天線處理“燈下黑燈下黑由于鐵塔對天線的發(fā)射功率有較大的衰減，所以天線的發(fā)射方向應(yīng)對著覆蓋區(qū)。例由于鐵塔對天線的發(fā)射功率有較大的衰減，所以天線的發(fā)射方向應(yīng)對著覆蓋區(qū)。例如，垂直于道路等如，垂直于道路等天線的垂直度要求較高，否那么嚴(yán)重影響覆蓋的效果。天線的垂直度要求較高，否那么嚴(yán)重影響覆蓋的效果。由于鐵塔的陰影效應(yīng)，所以分集接納天線應(yīng)該放置在主發(fā)射天線的背側(cè)，以分集增由于鐵塔的陰影效應(yīng)，所以分集接納天線應(yīng)該放置在主發(fā)射天線的背側(cè)，以分集增益來補(bǔ)償陰影效應(yīng)。益來補(bǔ)償陰影效應(yīng)。

22、為了可以滿足更高的隔離度，要求主發(fā)射天線和分極天線應(yīng)該處于不同的平臺。為了可以滿足更高的隔離度，要求主發(fā)射天線和分極天線應(yīng)該處于不同的平臺。中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組不同天線的適用范圍及特點不同天線的適用范圍及特點6565度交叉極化天線度交叉極化天線+45/-45+45/-45度度適用范圍：市區(qū)、縣城以及基站密度高的區(qū)域適用范圍：市區(qū)、縣城以及基站密度高的區(qū)域特點：特點：天線增益天線增益15.5dbi15.5dbi一個扇區(qū)一根天線，安裝簡單。一個扇區(qū)一根天線，安裝簡單。出問題時不容易覺察。出問題時不容易覺察。覆蓋區(qū)域容易控制。覆蓋區(qū)域容易控制。半功率較小，重疊區(qū)域少，可以減少干擾。半功率較小，重疊區(qū)域少，可以減少干擾。 中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組中國移動通信集團(tuán)網(wǎng)優(yōu)專家小組不同天線的適用范圍及特點不同天線的適用范圍及特點定向單極化定向單極化120120度天線高增益度天線高增益適用范圍：用于覆蓋鄉(xiāng)村的基站適用范圍：用于覆蓋鄉(xiāng)村的基站特點：特點：天線增益天線增益18.5dbi18.5dbi，增益高，有利于深度覆蓋。，增益高，有利于深度覆蓋。每個扇區(qū)有兩根天線，需求滿足每個扇區(qū)有兩根天線，需求滿足3 3米的隔離度，因此需求的空間大。米的隔離度