WLAN天線白皮書

1、資料編碼 WLAN天線技術(shù)白皮書文檔版本V1.10發(fā)布日期2011-10-31 華為技術(shù)有限公司版權(quán)所有 華為技術(shù)有限公司 2010。保留一切權(quán)利。非經(jīng)本公司書面許可,任何單位和個(gè)人不得擅自摘抄、復(fù)制本文檔內(nèi)容的部分或全部,并不得以任何形式傳播。商標(biāo)聲明 和其他華為商標(biāo)均為華為技術(shù)有限公司的商標(biāo)。本文檔提及的其他所有商標(biāo)或注冊(cè)商標(biāo),由各自的所有人擁有。注意您購(gòu)買的產(chǎn)品、服務(wù)或特性等應(yīng)受華為公司商業(yè)合同和條款的約束,本文檔中描述的全部或部分產(chǎn)品、服務(wù)或特性可能不在您的購(gòu)買或使用范圍之內(nèi)。除非合同另有約定,華為公司對(duì)本文檔內(nèi)容不做任何明示或默示的聲明或保證。由于產(chǎn)品版本升級(jí)或其他原因,本文檔內(nèi)容會(huì)

2、不定期進(jìn)行更新。除非另有約定,本文檔僅作為使用指導(dǎo),本文檔中的所有陳述、信息和建議不構(gòu)成任何明示或暗示的擔(dān)保。華為技術(shù)有限公司地址:深圳市龍崗區(qū)坂田華為總部辦公樓郵編:518129客戶服務(wù)電話:0755-* 4008302118客戶服務(wù)傳真:0755-*目錄目錄 (31什么是天線 (62天線相關(guān)技術(shù)點(diǎn) (62.1振子 (62.2方向性 (72.3增益 (82.4設(shè)備發(fā)射功率 (82.5帶寬 (82.6極化 (93天線相關(guān)配件 (93.1饋線 (93.2轉(zhuǎn)接頭 (94常見天線介紹 (104.1板狀天線 (104.2室內(nèi)吸頂天線 (114.3室內(nèi)壁掛天線 (115天線配置指南 (125.1頻帶:

3、(125.2極化方式: (125.3增益: (125.4波束寬窄 (136特殊天線介紹 (136.1智能天線: (137參考文獻(xiàn) (14WLAN天線技術(shù)白皮書關(guān)鍵詞:WLAN,天線摘要:本文主要介紹WLAN天線相關(guān)知識(shí),指出天線對(duì)于WLAN網(wǎng)絡(luò)有影響的一些數(shù)據(jù),以方便在WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化時(shí)正確選擇設(shè)備及參數(shù)。縮略語(yǔ): 1 什么是天線WLAN作為一項(xiàng)無(wú)線技術(shù),其信號(hào)以電磁波形式在空氣中傳播。而能夠有效的向空間中某個(gè)方向輻射電磁波,或者能從空間某特定方向接收電磁波的器件,我們稱之為天線。天線是發(fā)射和接收電磁波的設(shè)備,是WLAN的基礎(chǔ)。2 天線相關(guān)技術(shù)點(diǎn)2.1 振子當(dāng)導(dǎo)線上有交變電流流動(dòng)時(shí),就可

4、以形成電磁波的輻射。輻射的能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)短和形狀有關(guān)。如圖1 所示,若兩導(dǎo)線的距離很近,電場(chǎng)被束縛在兩導(dǎo)線之間,因而輻射很微弱;將兩導(dǎo)線張開,電場(chǎng)就散播在周圍空間,因而輻射增強(qiáng)。通常將此裝置稱為振子。 圖1:電磁波輻射產(chǎn)生示意圖兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱振子,對(duì)稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線。每臂長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)、的振子,稱半波對(duì)稱振子,單個(gè)半波對(duì)稱振子可簡(jiǎn)單地單獨(dú)立地使用或用作為拋物面天線的饋源,也可采用多個(gè)半波 對(duì)稱振子組成天線陣。圖2:半波對(duì)稱振子組成的經(jīng)典天線2.2 方向性發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去,基本功能之二是把大部分能量朝所需的方

5、向輻射。垂直放置的半波對(duì)稱振子具有平放的“面包圈” 形的立體方向圖。在振子的軸線方向上輻射為零,最大輻射方向在水平面上;在水平面上各個(gè)方向上的輻射一樣大。 圖3:普通天線方向圖若干個(gè)對(duì)稱振子組陣,能夠控制輻射,產(chǎn)生“扁平的面包圈” ,把信號(hào)進(jìn)一步集中到在水平面方向上。 圖4:垂直天線陣列方向圖也可以利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向平面反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形區(qū)覆蓋天線。下面的水平面方向圖說(shuō)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。 圖5:添加反射板的天線方向圖2.3 增益天線通常是無(wú)源器件,它并不放大電磁信號(hào)。天線的增益是指:將天線輻射的電磁波進(jìn)行聚束以后,比起理想的參考

6、天線,在輸入功率相同的條件下,在空間同一點(diǎn)上接收功率的比值。增益定量地描述了一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。一般,增益的定義是:增益=輸出功率(W/輸入功率(W,是一個(gè)無(wú)量綱參數(shù)。dB是增益取對(duì)數(shù)底再乘以10的結(jié)果:增益(dB=10log(增益。天線增益對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量極為重要,因?yàn)樗鼪Q定了信號(hào)電平。增加增益就可以在一個(gè)確定方向上增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。表征天線增益的參數(shù)為:dBi和dBd。dBi是指天線相對(duì)于無(wú)方向天線的功率能量密度之比,即天線相對(duì)于點(diǎn)源天線的增益。一個(gè)天線與各向同性輻射器相比較的增益,可以用“dBi”來(lái)表示。dBd是指天線相對(duì)于對(duì)稱振子Dipole 的功率能量密度之比

7、,即相對(duì)于對(duì)稱陣子天線的增益。一個(gè)天線與對(duì)稱振子相比較的增益,可以用“dBd”來(lái)表示。2.4 設(shè)備發(fā)射功率射頻信號(hào)的功率常用dB、dBm表示。dB是一個(gè)表征相對(duì)值的值。在電信測(cè)試中,dB可以作為相對(duì)功率電平的單位。即如果以P0=1W作為比較的基準(zhǔn),那么測(cè)到P1的相對(duì)功率電平是:Pm=10log (P1/1W(dB。dBm是一個(gè)表征功率絕對(duì)值的值。如果取P0=1mW,這樣得到的功率電平稱為絕對(duì)電平,單位為:dBm。Pm=10log(P1/1mW(dBm。2.5 帶寬無(wú)論是發(fā)射天線還是接收天線,它們總是在一定的頻率范圍(頻帶寬度內(nèi)工作的,天線的頻帶寬度有兩種不同的定義:1在駐波比V SWR 1.5

8、 條件下,天線的工作頻帶寬度;2天線增益下降 3 分貝范圍內(nèi)的頻帶寬度。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中,通常是按前一種定義的。具體的說(shuō),天線的頻帶寬度就是天線的駐波比VSWR 不超過(guò) 1.5 時(shí),天線的工作頻率范圍。一般說(shuō)來(lái),在工作頻帶寬度內(nèi)的各個(gè)頻率點(diǎn)上, 天線性能是有差異的,但這種差異造成的性能下降是可以接受的。通常工作在中心頻率時(shí)天線發(fā)射功率最大,偏離中心頻率時(shí)其發(fā)射功率時(shí)都會(huì)變小,據(jù)此可以確定天線的中心頻率及帶寬。2.6 極化天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。人們規(guī)定:電場(chǎng)的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的,單極化天線多為垂直極化天線,其振子單元的極化方向?yàn)榇怪狈较颉Ａ?/p>

9、外還有水平極化天線、+45極化和 -45極化天線。把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起,或者把 +45極化和-45極化兩種極化的天線組合在一起,就構(gòu)成了一種新的天線-雙極化天線。3 天線相關(guān)配件3.1 饋線連接天線和發(fā)射機(jī)輸出端(或接收機(jī)輸入端的電纜稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務(wù)是有效地傳輸信號(hào)能量,因此,它應(yīng)能將發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)功率以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端,或?qū)⑻炀€接收到的信號(hào)以最小的損耗傳送到接收機(jī)輸入端,同時(shí)它本身不應(yīng)拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號(hào),這樣,就要求傳輸線必須屏蔽。順便指出,當(dāng)傳輸線的物理長(zhǎng)度等于或大于所傳送信號(hào)的波長(zhǎng)時(shí),傳輸線又叫做長(zhǎng)線。3.2 轉(zhuǎn)接頭為達(dá)到增

10、大信號(hào)及延伸距離的功能,設(shè)備可能不會(huì)在原有的接口上配置天線,因此需要使用轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行接口轉(zhuǎn)換或者線纜延長(zhǎng)。天線的常見接口包括:SMA接口、TNC接口、MMCX接口、N型口等。對(duì)應(yīng)也包含N型、TNC型、SMA等類型的轉(zhuǎn)接頭,在項(xiàng)目需要針對(duì)不同接口選擇使用4 常見天線介紹4.1鞭狀天線鞭狀天線較多為設(shè)備自帶的天線。這種天線的有點(diǎn)是:增益高,原理簡(jiǎn)單,成本較低。 圖6:鞭狀天線4.2板狀天線板狀天線是用得最為普遍的一類極為重要的天線。這種天線的優(yōu)點(diǎn)是:增益高、扇形區(qū)方向圖好、后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封性能可靠以及使用壽命長(zhǎng)。 圖7:板狀天線WLAN 天線技術(shù)白皮書 4.3 室內(nèi)吸頂天線 室

11、內(nèi)吸頂天線必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。 現(xiàn)今市場(chǎng) 上見到的室內(nèi)吸頂天線，外形花色很多，但其內(nèi)芯的構(gòu)造幾乎都是一樣的。這種 吸頂天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶理論的基礎(chǔ)上，借助 計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)， 以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能很好地滿足在非常寬 的工作頻帶內(nèi)的駐波比要求。 圖8：室內(nèi)吸頂天線 4.4 室內(nèi)壁掛天線 室內(nèi)壁掛天線同樣必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。 現(xiàn)今 市場(chǎng)上見到的室內(nèi)吸頂天線， 外形花色很多， 但其內(nèi)芯的購(gòu)造幾乎也都是一樣的。 這種壁掛天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 屬于空氣介質(zhì)型微帶天線。由于采用了展寬天線頻寬 的輔助結(jié)構(gòu)，借助計(jì)算機(jī)的輔

12、助設(shè)計(jì)，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)試，所以能較 好地滿足了工作寬頻帶的要求。 2012-8-17 華為版權(quán)所有 第 11 頁(yè), 共 14 頁(yè) WLAN 天線技術(shù)白皮書 圖9：室內(nèi)掛壁天線 5 天線配置指南 5.1 頻帶： 選擇天線要根據(jù)使用頻段來(lái)選擇，為降低工程成本和采購(gòu)成本，在同時(shí)滿足 技術(shù)指標(biāo)要求的前提下，應(yīng)該盡量采用寬頻段（與雙頻段天線不同，沒有增加饋 電端口）天線。 5.2 極化方式： 密集城區(qū)和普通城區(qū)覆蓋優(yōu)先選擇 45 雙極化天線； 對(duì)與較繁華的郊區(qū)、 較大的城鎮(zhèn)也優(yōu)先選擇45 雙極化天線；一般郊區(qū)，農(nóng)村和公路覆蓋優(yōu)先選 擇垂直極化天線。 5.3 增益： 低增益天線天線波束窄， 定向性好， 主要用