天線內(nèi)部講義

1、COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)1天 線 基 本 教 程天 線 基 本 教 程COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)2B B l la ah h blahb l a hblah天線是什么天線是什么? ?=電信號(hào)從有線轉(zhuǎn)為無(wú)線電波形式向空中發(fā)射出去=將收集的無(wú)線電波轉(zhuǎn)為電信號(hào)。C

2、OMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)3=無(wú)線電波是電磁能量在空中傳播時(shí)的“振動(dòng)”=無(wú)線電波在空中以30萬(wàn)公里/秒的速率傳播=無(wú)線電波就象池塘水面頂部的波紋=無(wú)線電波在傳播過(guò)程中會(huì)衰減無(wú)線電波無(wú)線電波COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)4=頻率即“振動(dòng)”的速率，或解釋為在一秒內(nèi)通過(guò)的

3、波的數(shù)量（即每秒的周期數(shù)，又叫赫茲，如取一百萬(wàn)作為單位，則為兆赫茲） 波長(zhǎng)波長(zhǎng)低頻低頻 高頻高頻 =波長(zhǎng)是波在兩個(gè)相鄰周期上的相同點(diǎn)的距離頻率與波長(zhǎng)頻率與波長(zhǎng)COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)5A 1/2 A 1/2 波長(zhǎng)偶極子的長(zhǎng)度波長(zhǎng)偶極子的長(zhǎng)度800800MHz is 200mm MHz is 200mm 長(zhǎng)長(zhǎng)400400MHz is 400mm MHz is 400mm 長(zhǎng)長(zhǎng)=偶極子是天線中廣泛應(yīng)用的一種輻射單元。=偶極子的長(zhǎng)

4、度與波長(zhǎng)成正例。偶極子偶極子波長(zhǎng)波長(zhǎng)1/2 1/2 波長(zhǎng)波長(zhǎng)1/4 1/4 波長(zhǎng)波長(zhǎng)1/4 1/4 波長(zhǎng)波長(zhǎng)1/2 1/2 波長(zhǎng)波長(zhǎng)偶極子偶極子COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)6820 MHz 820 MHz 的的1/2 1/2 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 180 180mm, 890 MHz mm, 890 MHz 的的 1/2 1/2 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 170 170mmmm天線將優(yōu)化為天線將優(yōu)化為 850MHz - 175mm 850MHz - 175

5、mm天線帶寬天線帶寬 = 890 - 820 = 70MHz = 890 - 820 = 70MHz=當(dāng)波長(zhǎng)不是最優(yōu)值時(shí)，性能下降=在頻率范圍內(nèi)可保持可接受的性能水平頻率范圍頻率范圍850MHz850MHz偶極子的偶極子的1/21/2波長(zhǎng)最波長(zhǎng)最優(yōu)值優(yōu)值890890MHzMHz天線偶極子天線偶極子820820MHzMHzCOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)7俯視圖俯視圖側(cè)視圖側(cè)視圖=使“汽車輪胎”“扁平化”，將信號(hào)集中到地面需要覆蓋的地

6、區(qū)=一個(gè)單一偶極子的輻射能量圖看起來(lái)就象一個(gè)“汽車輪胎”天線如何控制無(wú)線輻射能量走向？天線如何控制無(wú)線輻射能量走向？立體圖立體圖COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)8性能的增強(qiáng)稱為增益性能的增強(qiáng)稱為增益. . 在這里，增益在這里，增益 = 10log(4mW/1mW) = 6dBd = 10log(4mW/1mW) = 6dBd一個(gè)偶極子的接收機(jī)一個(gè)偶極子的接收機(jī)功率為功率為1mW1mW（例）例）偶極子陣列接收機(jī)功率為偶極子陣列接收機(jī)功

7、率為 4 mW 4 mW （例）例） 集中性更強(qiáng)集中性更強(qiáng)的信號(hào)的信號(hào)“ “汽車輪胎汽車輪胎”“”“扁平化扁平化”控制輻射能量走控制輻射能量走向向=將偶極子組成陣列COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)9“扇形天線扇形天線”中的反射板將能量聚焦到一個(gè)方向，進(jìn)一步提高了天線的增益。中的反射板將能量聚焦到一個(gè)方向，進(jìn)一步提高了天線的增益。在這個(gè)例子中，扇形天線的增益比單一偶極子的增益為：在這個(gè)例子中，扇形天線的增益比單一偶極子的增益為：101

8、0log(8mW/1mW) = 9dBdlog(8mW/1mW) = 9dBd 方向性聚焦方向性聚焦控制無(wú)線輻射能量走向控制無(wú)線輻射能量走向“扇形天線扇形天線”接收機(jī)功率為接收機(jī)功率為 8mW 8mW （例）例）“全向陣列全向陣列”接收機(jī)接收機(jī)功率為功率為4mW4mW（例）例）天線天線（俯視圖）俯視圖）COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)101、增益增益 2、前后比、前后比3、波瓣寬度、波瓣寬度4、旁瓣、旁瓣5、天線下傾角、天線下傾角6

9、、阻抗、阻抗7、回波損耗、回波損耗8、極化、極化9、隔離度、隔離度天線的基本特性天線的基本特性COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)11 天線通常是無(wú)源器件，它并不放大電磁信號(hào)，天線通常是無(wú)源器件，它并不放大電磁信號(hào)，天線的增益是將天線輻射電磁波進(jìn)行聚束以后比起天線的增益是將天線輻射電磁波進(jìn)行聚束以后比起理想的參考天線，在輸入功率相同條件下，在同一理想的參考天線，在輸入功率相同條件下，在同一點(diǎn)上接收功率的比值，顯然增益與天線的方向圖有點(diǎn)上

10、接收功率的比值，顯然增益與天線的方向圖有關(guān)。方向圖中主波束越窄，副瓣尾瓣越小，增益就關(guān)。方向圖中主波束越窄，副瓣尾瓣越小，增益就越高?？梢钥闯龈叩脑鲆媸且詼p小天線波束的照射越高?？梢钥闯龈叩脑鲆媸且詼p小天線波束的照射范圍為代價(jià)的。范圍為代價(jià)的。 增增 益益COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)12單一偶極子的單一偶極子的“汽車輪胎汽車輪胎”形輻射圖形輻射圖全向輻射器在各個(gè)方向上全向輻射器在各個(gè)方向上的輻射能量相等的輻射能量相等天線相對(duì)于偶

11、極子的增益用天線相對(duì)于偶極子的增益用 “dBd” “dBd” 表示表示天線相對(duì)于全向輻射器的增益用天線相對(duì)于全向輻射器的增益用 “dBi” “dBi” 表示表示如如: 3: 3dBd = 5.17dBidBd = 5.17dBi2.172.17dBdB 偶極子比全向輻射器的增益高偶極子比全向輻射器的增益高 2.17dB 2.17dBdBd dBd 和和 dBidBiCOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)13前后比前后比=前后比是指扇形天線

12、的前向輻射功率和后向輻射功率之比后向功率后向功率前向功率前向功率前后比前后比( (dB) = 10 log dB) = 10 log ，典型值約為典型值約為25dB25dB目的是盡可能減少后向輻射功率目的是盡可能減少后向輻射功率前向功率前向功率后向功率后向功率COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)14波瓣寬度波瓣寬度=方位角 (如水平面) 圖1010dB dB 波瓣寬度波瓣寬度120120 ( (eg)eg)峰值峰值峰值峰值 - 10 -

13、 10dBdB峰值峰值 - 10 - 10dBdB6060 ( (eg)eg)峰值峰值峰值峰值 - 3 - 3dBdB峰值峰值 - 3 - 3dBdB3 3dB dB 波瓣寬度波瓣寬度1515 ( (eg)eg)峰值峰值峰值峰值 - 3 - 3dBdB峰值峰值 - 3 - 3dBdB3232 ( (eg)eg)峰值峰值峰值峰值 - 10 - 10dBdB峰值峰值 - 10 - 10dBdB=仰角(如垂直面) 圖COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通

14、信 系 統(tǒng)15旁瓣旁瓣上旁瓣抑制上旁瓣抑制 (dB) (dB)下旁瓣抑制下旁瓣抑制 ( (dB)dB)COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)16電纜電纜 50 50 歐姆歐姆 天線天線 50 50 歐姆歐姆阻抗阻抗=阻抗是電磁能量通過(guò)介質(zhì)的一個(gè)特性=阻抗的單位為歐姆()。為實(shí)現(xiàn)良好的性能，阻抗需達(dá)到匹配狀態(tài)為實(shí)現(xiàn)良好的性能，阻抗需達(dá)到匹配狀態(tài) 80 80 歐姆歐姆COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOM

15、BACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)17回波損耗回波損耗=阻抗的變化會(huì)干擾能量流傳輸?shù)姆绞?，并使部分能量反?.5 9.5 W W80 80 歐姆歐姆50 50 歐姆歐姆前向前向: 10: 10W W回波回波: 0.5: 0.5W W此例中，回波損耗為此例中，回波損耗為 10log(10/0.5) = 13dB 10log(10/0.5) = 13dBVSWR (VSWR (駐波比駐波比) ) 是對(duì)此現(xiàn)象的另一種度量方法，是對(duì)此現(xiàn)象的另一種度量方法，COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBAC

16、OMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)18垂直方式垂直方式水平方式水平方式+ 45+ 45斜角斜角- 45- 45斜角斜角極化極化=無(wú)線電波振動(dòng)的平面稱為它的極化面COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)19雙極化天線雙極化天線=即一個(gè)單元中有兩個(gè)天線=兩個(gè)天線中的波是相互獨(dú)立的V/H (V/H (垂直垂直/ /水平水平) )斜角斜角 (+/-

17、45 (+/- 45) )COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)20隔離度隔離度=隔離度是某一極化接收到的另一極化信號(hào)的比例10001000mW (mW (即即 1 1W)W)1 1mWmW該例子中，隔離度為：該例子中，隔離度為：10log(1000mW/1mW) = 30dB10log(1000mW/1mW) = 30dBCOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOM

18、BACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)21交調(diào)交調(diào) = 天線交調(diào)產(chǎn)物是指當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)頻率信號(hào)經(jīng)過(guò)天線時(shí)，由于天線的非線性而引起的與原信號(hào)有和差關(guān)系的射頻信號(hào)。=在多載波T/R雙工系統(tǒng)中必需重點(diǎn)考慮充分了解其非線性特點(diǎn)。 =我國(guó)移動(dòng)通信系統(tǒng)基站天線技術(shù)條件要求：三階交調(diào)信號(hào)三階交調(diào)信號(hào) -107dBm。 COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)221 1、天線分集技術(shù)天線分集技術(shù)2 2、 遙控電調(diào)電下

19、傾天線遙控電調(diào)電下傾天線 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的天線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的天線COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)23=抗衰落方式：抗衰落方式：我們都很熟悉在移動(dòng)通信中由于多徑傳輸使信號(hào)產(chǎn)生快衰落，衰落電平變化幅度可達(dá)30dB，每秒鐘近20次，這顯然是嚴(yán)重的干擾。A、 目前解決多徑干涉引起的快衰落主要依靠天線的空間分集與極化分集；B、 第三代移動(dòng)通信中利用Rake接收機(jī)技術(shù)及智能天線可以更有效的解決多徑傳輸引起的信號(hào)快衰落效應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中天線的作用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

20、中天線的作用 COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)24=天線的選?。禾炀€的選?。?為了達(dá)到無(wú)縫隙覆蓋，同時(shí)減少小區(qū)間的相互干擾，正確選擇基站天線是十分重要的。A、 目前對(duì)于三扇區(qū)在話務(wù)量密集地區(qū)通常選用半功率波束寬度為65o的雙極化定向天線；B、對(duì)于話務(wù)量不大，主要考慮覆蓋面積大的要求，此時(shí)基站間距大，則可用全向天線。COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBA

21、COMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)25=下傾角的調(diào)整：下傾角的調(diào)整： 對(duì)高話務(wù)量區(qū)也可通過(guò)調(diào)整基站天線的俯仰角改善照射區(qū)的范圍，使基站的業(yè)務(wù)接入能力加大；而對(duì)低話務(wù)量區(qū)也可通過(guò)調(diào)整基站天線的俯仰角加大照射區(qū)范圍，吸入更多的話務(wù)量，這樣可以使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的容量擴(kuò)大，通話質(zhì)量提高。根據(jù)公式 （式中是波束傾角，h為基站天線高度，r為站間距離）可算出天線的俯仰角（波束傾角）。COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系

22、 統(tǒng)26=天線高度的調(diào)整：天線高度的調(diào)整：為了減少照射區(qū)內(nèi)由于建筑物而產(chǎn)生的阻抗效應(yīng)，還需對(duì)天線架設(shè)高度進(jìn)行調(diào)整，這樣才能保證照射區(qū)內(nèi)滿足最低照射電平要求。=塔下塔下“黑黑”的問(wèn)題的解決：的問(wèn)題的解決：利用賦形天線（上旁瓣抑制、下旁瓣零值填充），可以降低其它基站帶來(lái)的干擾及徹底解決塔下“黑”的問(wèn)題。 COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)27=常用分集技術(shù)有：極化分集和空間分集。常用分集技術(shù)有：極化分集和空間分集。 極化分集：利用不同極化天線的接收信號(hào)之間的不相極化分集：利用不同極化天線的接收信號(hào)之間的不相關(guān)性獲得分集增益。關(guān)性獲得分集增益?？臻g分集：利用信號(hào)路徑衰落不相關(guān)性獲得分集增益空間分集：利用信號(hào)路徑衰落不相關(guān)性獲得分集增益?？煞譃椋核椒旨痛怪狈旨?。可分為：水平分集和垂直分集。 COMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOMBACOCombaTelecom Systems京 信 通 信 系 統(tǒng)28=遙控電調(diào)電下傾天線遙控電調(diào)電下傾天線 前面我們已經(jīng)介紹了在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中需要不斷地調(diào)整前面我們已經(jīng)介紹了在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中需要