天線基礎知識(80p)(PPT)

1、天線的概念 n天線天線(antenna)是在無線電收發(fā)系統(tǒng) 中，向空間輻射或從空間接收電磁波的裝 置。 n 是無線電通信系統(tǒng)中必不可少的部分。由于各種設 備要求采用的波段不同，天線的設計也就不同，不同用 途的天線需要設計成各種樣式，就是我們通常稱的天線 程式。如在長、中、短波段，一般用導線構成天線，有 t形、倒l形、環(huán)形、菱形、魚骨形、籠形天線等。在微 波波段，用金屬板或網制成喇叭天線，拋物面天線，金 屬面上開槽的裂縫天線，金屬或介質條排成的透鏡天線 等。 聽說過嗎？躺在床上能和外教一對一練英語口語！適合職場中的你！ 免費體驗史上最牛英語口語學習，太平洋英語 天線的分類 n天線品種繁多，以供不

2、同頻率、不同用途、不天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不 同場合、不同要求等不同情況下使用。同場合、不同要求等不同情況下使用。 n按用途可分為基地臺天線（base station antenna）和移動臺天線（mobile portable antennas） n按工作頻率可劃分為超長波、長波、中波、短 波、超短波和微波 n按其方向性可劃分為全向和定向天線 n按其結構性可劃分為線天線和面天線 天線原理 n導線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，導線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射， 輻射的能力與導線的長度和形狀有關。如輻射的能力與導線的長度和形狀有關。如 圖1.1 a 所

3、示，若所示，若 兩導線的距離很近，電場被束縛在兩導線之間，因而輻射很兩導線的距離很近，電場被束縛在兩導線之間，因而輻射很 微弱；將兩導線張開，如微弱；將兩導線張開，如 圖1.1 b 所示，電場就散播在周圍所示，電場就散播在周圍 空間，因而輻射增強?？臻g，因而輻射增強。 n必須指出，必須指出，當導線的長度當導線的長度 l 遠小于波長遠小于波長 時，輻射很微時，輻射很微 弱；導線的長度弱；導線的長度 l 增大到可與波長相比擬時，導線上的電流增大到可與波長相比擬時，導線上的電流 將大大增加，因而就能形成較強的將大大增加，因而就能形成較強的輻射。輻射。 圖1.1 a圖1.1 b 天線的方向性討論 n天

4、線方向性是指天線向一定方向輻 射電磁波的能力。它的這種能力可采用 方向圖來表示，方向圖主瓣的寬度，方 向性系數(shù)等參數(shù)進行描述。所以方向性 是衡量天線優(yōu)劣的重要因素之一。天線 有了方向性，就能在某種程度上相當于 提高發(fā)射機或接收機的效率，并使之具 有一定的保密性和抗干擾性。 天線的五個基本參數(shù) n方向圖（波瓣寬度） n增益 n輸入阻抗(50,75,120) n前后比 n極化方式 n頻率范圍 天線方向圖 n天線方向圖是天線輻射出的電磁波在自由空間存在的范圍。 是表示天線方向性的特性曲線，即天線在各個方向上所具 有的發(fā)射或接收電磁波能力的圖形。波瓣寬度是定向天線 常用的一個很重要的參數(shù)，它是指天線的

5、輻射圖中低于峰 值3db處所成夾角的寬度（天線的輻射圖是度量天線各個方 向收發(fā)信號能力的一個指標，通常以圖形方式表示為功率 強度與夾角的關系）。 方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強度最大的瓣 稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。參見圖1.3.4 a , 在 主瓣最大輻射方向兩側，輻射強度降低 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 波束寬度 或 主瓣寬度 或 半功率角或波瓣角）。波瓣寬度越窄，方 向性越好，作用距離越遠，抗干擾能力越強。 移動通信天線波瓣寬度與覆蓋的關系 n 天線垂直的波瓣寬度一般與該天線所對應方向上的覆蓋半徑有 關。因此，在一定范圍內通過對天線垂直

6、度（俯仰角）的調節(jié)， 可以達到改善小區(qū)覆蓋質量的目的，這也是我們在網絡優(yōu)化中經 常采用的一種手段。主要涉及兩個方面水平波瓣寬度和垂直平面 波瓣寬度。水平平面的半功率角（hplane half power beamwidth）:(45,60,90等)定義了天線水平平面的波束寬 度。角度越大,在扇區(qū)交界處的覆蓋越好，但當提高天線傾角時， 也越容易發(fā)生波束畸變，形成越區(qū)覆蓋。角度越小，在扇區(qū)交界 處覆蓋越差。提高天線傾角可以在移動程度上改善扇區(qū)交界處的 覆蓋，而且相對而言，不容易產生對其他小區(qū)的越區(qū)覆蓋。在市 中心基站由于站距小，天線傾角大，應當采用水平平面的半功率 角小的天線，郊區(qū)選用水平平面的半

7、功率角大的天線；垂直平面 的半功率角（vplane half power beamwidth）:（48, 33,15,8）定義了天線垂直平面的波束寬度。垂直平面的 半功率角越小，偏離主波束方向時信號衰減越快，在越容易通過 調整天線傾角準確控制覆蓋范圍。 3db 波瓣寬度波瓣寬度 - 3db點點/-10db點點 - 3db點點/-10db點點 圖圖1.3.4 ab 峰值方向峰值方向 （最大輻射方向）（最大輻射方向） 帶反射板的二半波振子垂直陣列帶反射板的二半波振子垂直陣列 vertical plane 垂直方向圖（側視圖）垂直方向圖（側視圖） 反反 射射 板板 長 度 為 l 兩 個 半半 波波

8、 振振 子子 兩個半波振子（帶反射板）兩個半波振子（帶反射板） 在垂直面上的配置在垂直面上的配置 horizontal plane 水平方向圖（俯視圖） vertical plane 垂直方向圖（側視圖） 增益（gain） n 天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能 力，它是選擇基站天線最重要的參數(shù)之一。 一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波 瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對 移動通信系統(tǒng)的運行質量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣 的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網絡的 覆蓋范圍，或者在確定范圍內增大增益余量。任何蜂窩系 統(tǒng)都是一個雙向過程，增加

9、天線的增益能同時減少雙向系 統(tǒng)增益預算余量。另外，表征天線增益的參數(shù)有dbd和dbi。 dbi是相對于點源天線(全向天線)的增益，在各方向的輻射 是均勻的；dbd相對于對稱陣子（偶極子）天線的增益 dbi=dbd+2.15。相同的條件下，增益越高，電波傳播的 距離越遠。一般地，gsm定向基站的天線增益為18dbi， 全向的為11dbi。 天線增益的若干近似計算公式天線增益的若干近似計算公式 n 1）天線主瓣寬度越窄，增益越高。對于一般天線，可用下式估算其增）天線主瓣寬度越窄，增益越高。對于一般天線，可用下式估算其增 益：益： ng（ dbi ） = 10 lg 32000 / （ 23db,e

10、 23db,h ） n式中，式中， 23db,e 與與 23db,h 分別為天線在兩個主平面上的波瓣寬度；分別為天線在兩個主平面上的波瓣寬度； n32000 是統(tǒng)計出來的經驗數(shù)據(jù)。是統(tǒng)計出來的經驗數(shù)據(jù)。 n2）對于拋物面天線，可用下式近似計算其增益：）對于拋物面天線，可用下式近似計算其增益： ng（ db i ） = 10 lg 4.5 （ d / 0 ）2 n式中，式中， d 為拋物面直徑；為拋物面直徑； n0 為中心工作波長；為中心工作波長； n4.5 是統(tǒng)計出來的經驗數(shù)據(jù)。是統(tǒng)計出來的經驗數(shù)據(jù)。 n3）對于直立全向天線，有近似計算式）對于直立全向天線，有近似計算式 ng（ dbi ） =

11、 10 lg 2 l / 0 n式中，式中， l 為天線長度；為天線長度； n0 為中心工作波長；為中心工作波長； 單位換算 n dbm n dbi/dbd n db n dbc dbm ndbm是一個考征功率絕對值的值，計算 公式為：10lgp（功率值/1mw）。 例1 如果發(fā)射功率p為1mw，折算為 dbm后為0dbm。 例2 對于40w的功率，按dbm單位進 行折算后的值應為： 10lg（40w/1mw)=10lg（40000） =10lg4+10lg10+10lg1000=46dbm。 dbi/dbd ndbi和dbd是考征增益的值（功率增益），兩者都是一 個相對值， 但參考基準不一樣

12、。dbi的參考基準為全方向性天線， dbd的參考基準為偶極子天線， 所以兩者略有不同。一般認為，表示同一個增益，用 dbi表示出來比用dbd表示出 來要大2. 15，即 dbi=dbd+2.15。 n例3 對于一面增益為16dbd的天線，其增益折算成單 位為dbi時，則為18.15dbi （一般忽略小數(shù)位，為18dbi）。 n例4 0dbd=2.15dbi。 n例5 gsm900天線增益可以為13dbd（15dbi）， gsm1800天線增益可以為 15dbd（17dbi) db ndb是一個表征相對值的值，當考慮甲的功率相比于乙 功率大或小多少個db時， 按下面計算公式：10lg（甲功率/乙

13、功率） 例6 甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙 功率）=10lg2=3db。 也就是說，甲的功率比乙的功率大3 db。 例7 7/8 英寸gsm900饋線的100米傳輸損耗約為 3.9db。 例8 如果甲的功率為46dbm，乙的功率為40dbm，則 可以說，甲比乙大6 db。 例9 如果甲天線為12dbd，乙天線為14dbd，可以說 甲比乙小2 db。 dbc ndbc，它也是一個表示功率相對值的單位，與 db的計算方法完全一樣。 一般來說，dbc 是相對于載波（carrier）功 率而言，在許多情況下，用來度量與 載波功率的相對值，如用來度量干擾（同頻 干擾、互調干擾、交調干擾

14、、帶外干擾等） 以及耦合、雜散等的相對量值。 在采用dbc的地方，原則上也可以使用db替 代。 db只是表示一個比值,并不是功率增益的單 位! 輸入阻抗（impedance） n天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的 比值。 天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是 純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時饋線終端沒有功 率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的 變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻 抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特 性阻抗。匹配的優(yōu)劣一般用四個參數(shù)來衡量即反射系 數(shù)，行波系數(shù)，駐波比和回波損耗，四個參數(shù)之間有 固定的數(shù)值關系，使用那一個純出于習

15、慣。在我們日 常維護中，用的較多的是駐波比和回波損耗。一般移 動通信天線的輸入阻抗為50。 75 120 電壓駐波比（vswr） n駐波比：它是行波系數(shù)的倒數(shù)，其值在1到無窮大之間。 n駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無窮大表示全反射，完全 失配。在移動通信系統(tǒng)中，一般要求駐波比小于1.5，但實際應 用中vswr應小于1.2。過大的駐波比會減小基站的覆蓋并造成 系統(tǒng)內干擾加大，影響基站的服務性能。 n回波損耗：它是反射系數(shù)絕對值的倒數(shù)，以分貝值表示?；夭?損耗的值在0db的到無窮大之間，回波損耗越大表示匹配越差， 回波損耗越大表示匹配越好。0表示全反射，無窮大表示完全匹 配。在移動通信系統(tǒng)中

16、，一般要求回波損耗大于14db。 vswr1.21.251.301.351.401.50 回波損耗 211917.616.6 15.614.0 駐波比回波損耗對照表：駐波比回波損耗對照表： 回波損耗（駐波比）算法： n 當饋線和天線匹配時，饋線上沒有反射波，只有入射波，即饋線上傳輸?shù)闹皇窍虍旔伨€和天線匹配時，饋線上沒有反射波，只有入射波，即饋線上傳輸?shù)闹皇窍?天線方向行進的波。這時，饋線上各處的電壓幅度與電流幅度都相等，饋線上任意天線方向行進的波。這時，饋線上各處的電壓幅度與電流幅度都相等，饋線上任意 一點的阻抗都等于它的特性阻抗。一點的阻抗都等于它的特性阻抗。 n 而當天線和饋線不匹配時，也

17、就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時，負載就只能而當天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時，負載就只能 吸收饋線上傳輸?shù)牟糠指哳l能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量將反射吸收饋線上傳輸?shù)牟糠指哳l能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量將反射 回去形成反射波?；厝バ纬煞瓷洳ā?n例如，在下圖中，由于天線與饋線的阻抗不同，一個為例如，在下圖中，由于天線與饋線的阻抗不同，一個為75 ohms，一個為一個為50ohms ， 阻抗阻抗不匹配不匹配，其結果是，其結果是 這里的反射損耗為這里的反射損耗為 10lg(10/0.4) = 14db 傳輸線傳輸線 50 ohms 天線天線 75

18、 ohms 輻射輻射 9.6 w 輸入功率：輸入功率：10w 前后比(front-back ratio) n表明了天線對后瓣抑制的好壞。 選用前后比低的天線，天線的后瓣 有可能產生越區(qū)覆蓋，導致切換關系混 亂，產生掉話。一般在2530db之間， 應優(yōu)先選用前后比為30的天線。 判斷題：天線前后比越大方向性越好 （） 天線前后比越大增益越大 （） 極化方式 n所謂天線的極化，就是指天線輻射時形成的電場強度方向。 當電場強度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當電 場強度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。由于電波 的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面時會在大地表面 產生極化電流

19、，極化電流因受大地阻抗影響產生熱能而使電場信 號迅速衰減，而垂直極化方式則不易產生極化電流，從而避免了 能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。 n因此，在移動通信系統(tǒng)中，一般均采用垂直極化的傳播方式。 另外，隨著新技術的發(fā)展，最近又出現(xiàn)了一種雙極化天線。就其 設計思路而言，一般分為垂直與水平極化和45極化兩種方式， 性能上一般后者優(yōu)于前者，因此目前大部分采用的是45極化 方式。雙極化天線組合了+45和-45兩副極化方向相互正交的 天線，并同時工作在收發(fā)雙工模式下，大大節(jié)省了每個小區(qū)的天 線數(shù)量；同時由于45為正交極化，有效保證了分集接收的良 好效果。（其極化分集增益約為5db，比單極化天線提高

20、約2db。） 天線的極化分類 n天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構 成。人們規(guī)定：成。人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。電場的方向就是天線極化方向。一般使用一般使用 的天線為單極化的。的天線為單極化的。下圖示出了天線四種基本的單極化的下圖示出了天線四種基本的單極化的 情況：情況：垂直極化垂直極化-是最常用的；是最常用的；水平極化水平極化-也是要被用也是要被用 到的。到的。 +45 極化極化 與與 -45 極化極化，它們僅僅在特殊場，它們僅僅在特殊場 合下使用。合下使用。 垂直極化垂直極化水平極化水平極化 e e +45 極化極化-4

21、5 極化極化 e e 雙極化天線 n把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，或者，把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，或者， 把把 +45 極化和極化和 -45 極化兩種極化的天線組合在一起，就構成了一種新的天線極化兩種極化的天線組合在一起，就構成了一種新的天線-雙極化天線雙極化天線。 n下圖示出了兩個單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化天線有下圖示出了兩個單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化天線有 兩個接頭。兩個接頭。 n雙極化天線輻射（或接收）雙極化天線輻射（或接收）兩個極化在空間相互正交（垂直）的波兩個極化在空間相互正交（垂直）的波。 v/

22、h（垂直（垂直/水平）型水平）型 雙雙 極極 化化+ 45 / -45 型型 雙雙 極極 化化 極化損失極化損失 n 垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，水平極垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，水平極 化波要用具有水平極化特性的天線來接收。右旋圓極化波要用化波要用具有水平極化特性的天線來接收。右旋圓極化波要用 具有右旋圓極化特性的天線來接收，而左旋圓極化波要用具有具有右旋圓極化特性的天線來接收，而左旋圓極化波要用具有 左旋圓極化特性的天線來接收。左旋圓極化特性的天線來接收。 n當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，接收當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，接收

23、 到的信號都會變小，也就是說，發(fā)生極化損失。例如：當用到的信號都會變小，也就是說，發(fā)生極化損失。例如：當用+ 45 極化天線接收垂直極化或水平極化波時，或者，當用垂直極化天線接收垂直極化或水平極化波時，或者，當用垂直 極化天線接收極化天線接收 +45 極化或極化或 -45極化波時，等等情況下，極化波時，等等情況下， 都要產生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，都要產生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者， 用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極 化損失化損失-只能接收到來波的一半能量。只能接收到來波的一半能

24、量。 n 當接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，例當接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，例 如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極 化的接收天線接收左旋圓極化的來波時，天線就完全接收不到化的接收天線接收左旋圓極化的來波時，天線就完全接收不到 來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離極化完全隔離。 天線的工作頻率范圍（頻帶寬度）天線的工作頻率范圍（頻帶寬度） n 無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的 頻率

25、范圍（頻帶寬度）內工作的，天線的頻帶寬度有頻率范圍（頻帶寬度）內工作的，天線的頻帶寬度有 兩種不同的定義兩種不同的定義- n 一種是指：在駐波比一種是指：在駐波比swr 1.5 條件下，天線的條件下，天線的 工作頻帶寬度；工作頻帶寬度； n 一種是指：天線增益下降一種是指：天線增益下降 3 分貝范圍內的頻帶寬分貝范圍內的頻帶寬 度。度。 n 在移動通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具在移動通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具 體的說，天線的頻帶寬度就是天線的駐波比體的說，天線的頻帶寬度就是天線的駐波比swr 不不 超過超過 1.5 時，天線的工作頻率范圍。時，天線的工作頻率范圍。 n 一般說來

26、，在工作頻帶寬度內的各個頻率點上，一般說來，在工作頻帶寬度內的各個頻率點上， 天線性能是有差異的，但這種差異造成的性能下降是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?？梢越邮艿?。 n天線的工作頻帶寬度是實際應用中選擇天線的重要指天線的工作頻帶寬度是實際應用中選擇天線的重要指 標之一。標之一。 移動通信天線介紹和應用 n 移動通信天線的技術發(fā)展很快，最初中國主 要使用普通的定向和全向型移動天線，后來普 遍使用機械天線，現(xiàn)在一些省市的移動網已經 開始使用電調天線和雙極化移動天線。由于目 前移動通信系統(tǒng)中使用的各種天線的使用頻率， 增益和前后比等指標差別不大，都符合網絡指 標要求，

27、我們將重點從移動天線下傾角度改變 對天線方向圖及無線網絡的影響方面，對上述 幾種天線進行分析比較。 全向天線 n 全向天線，即在水平方向圖上表現(xiàn)為全向天線，即在水平方向圖上表現(xiàn)為 360都均勻輻射，也就是平常所說的都均勻輻射，也就是平常所說的 無方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一無方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一 定寬度的波束，一般情況下定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度波瓣寬度越越 小，增益越大。小，增益越大。全向天線在移動通信系全向天線在移動通信系 統(tǒng)中一般應用于郊縣大區(qū)制的站型，覆統(tǒng)中一般應用于郊縣大區(qū)制的站型，覆 蓋范圍大。蓋范圍大。 定向天線 n 定向天線，在水平方向圖上表現(xiàn)為一定角度范

28、圍輻射，定向天線，在水平方向圖上表現(xiàn)為一定角度范圍輻射， 也就是平常所說的有方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有也就是平常所說的有方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有 一定寬度的波束，同全向天線一樣，波瓣寬度越小，增一定寬度的波束，同全向天線一樣，波瓣寬度越小，增 益越大。益越大。定向天線在移動通信系統(tǒng)中一般應用于城區(qū)小定向天線在移動通信系統(tǒng)中一般應用于城區(qū)小 區(qū)制的站型，覆蓋范圍小，用戶密度大，頻率利用率高。區(qū)制的站型，覆蓋范圍小，用戶密度大，頻率利用率高。 根據(jù)組網的要求建立不同類型的基站，而不同類型的根據(jù)組網的要求建立不同類型的基站，而不同類型的 基站可根據(jù)需要選擇不同類型的天線。選擇的依據(jù)就是基站

29、可根據(jù)需要選擇不同類型的天線。選擇的依據(jù)就是 上述技術參數(shù)。比如全向站就是采用了各個水平方向增上述技術參數(shù)。比如全向站就是采用了各個水平方向增 益基本相同的全向型天線，而定向站就是采用了水平方益基本相同的全向型天線，而定向站就是采用了水平方 向增益有明顯變化的定向型天線。一般在市區(qū)選擇水平向增益有明顯變化的定向型天線。一般在市區(qū)選擇水平 波束寬度波束寬度b為為65的天線，在郊區(qū)可選擇水平波束寬度的天線，在郊區(qū)可選擇水平波束寬度 b為為65、90或或120的天線（按照站型配置和當?shù)氐奶炀€（按照站型配置和當?shù)?地理環(huán)境而定），而在鄉(xiāng)村選擇能夠實現(xiàn)大范圍覆蓋的地理環(huán)境而定），而在鄉(xiāng)村選擇能夠實現(xiàn)大范

30、圍覆蓋的 全向天線則是最為經濟的。全向天線則是最為經濟的。 機械天線 n所謂機械天線，即指使用機械調整下傾角度的移動天線。 機械天線與地面垂直安裝好以后，如果因網絡優(yōu)化的要求，需要調 整天線背面支架的位置改變天線的傾角來實現(xiàn)。在調整過程中，雖然天 線主瓣方向的覆蓋距離明顯變化，但天線垂直分量和水平分量的幅值不 變，所以天線方向圖容易變形。 n 實踐證明：機械天線的最佳下傾角度為15；當下傾角度在5 10變化時，其天線方向圖稍有變形但變化不大；當下傾角度在 10-15變化時，其天線方向圖變化較大；當機械天線下傾15后， 天線方向圖形狀改變很大，從沒有下傾時的鴨梨形變?yōu)榧忓N形，這時雖 然主瓣方向覆

31、蓋距離明顯縮短，但是整個天線方向圖不是都在本基站扇 區(qū)內，在相鄰基站扇區(qū)內也會收到該基站的信號，從而造成嚴重的系統(tǒng) 內干擾。基站天線下傾角一般為4-8 ，最大不超過12 。 n 另外，在日常維護中，如果要調整機械天線下傾角度，整個系統(tǒng)要 關機，不能在調整天線傾角的同時進行監(jiān)測；機械天線調整天線下傾角 度非常麻煩，一般需要維護人員爬到天線安放處進行調整；機械天線的 下傾角度是通過計算機模擬分析軟件計算的理論值，同實際最佳下傾角 度有一定的偏差；機械天線調整傾角的步進度數(shù)為1，三階互調指標 為-120dbc。 電調天線 n 所謂電調天線，即指使用電子調整下傾角度的移動天線。 電子下傾的原理是通過改

32、變共線陣天線振子的相位，改變垂直分量和水 平分量的幅值大小，改變合成分量場強強度，從而使天線的垂直方向性圖 下傾。由于天線各方向的場強強度同時增大和減小，保證在改變傾角后天 線方向圖變化不大，使主瓣方向覆蓋距離縮短，同時又使整個方向性圖在 服務小區(qū)扇區(qū)內減小覆蓋面積但又不產生干擾。實踐證明，電調天線下傾 角度在1-5變化時，其天線方向圖與機械天線的大致相同；當下傾角度 在5-10變化時，其天線方向圖較機械天線的稍有改善；當下傾角度在 10-15變化時，其天線方向圖較機械天線的變化較大；當機械天線下傾 15后，其天線方向圖較機械天線的明顯不同，這時天線方向圖形狀改變 不大，主瓣方向覆蓋距離明顯縮

33、短，整個天線方向圖都在本基站扇區(qū)內， 增加下傾角度，可以使扇區(qū)覆蓋面積縮小，但不產生干擾，這樣的方向圖 是我們需要的，因此采用電調天線能夠降低呼損，減小干擾。 另外，電調天線允許系統(tǒng)在不停機的情況下對垂直方向性圖下傾角進行 調整，實時監(jiān)測調整的效果，調整傾角的步進精度也較高（為0.1），因 此可以對網絡實現(xiàn)精細調整；電調天線的三階互調指標為-150dbc，較機械 天線相差30dbc，有利于消除鄰頻干擾和雜散干擾。 雙極化天線 n 雙極化天線是一種新型天線技術，組合了+45和-45兩 副極化方向相互正交的天線并同時工作在收發(fā)雙工模式下，因 此其最突出的優(yōu)點是節(jié)省單個定向基站的天線數(shù)量；一般gsm

34、 數(shù)字移動通信網的定向基站（三扇區(qū)）要使用9根天線，每個 扇形使用3根天線（空間分集，一發(fā)兩收），如果使用雙極化 天線，每個扇形只需要1根天線；同時由于在雙極化天線中， 45的極化正交性可以保證+45和-45兩副天線之間的 隔離度滿足互調對天線間隔離度的要求（30db），因此雙極 化天線之間的空間間隔僅需20-30cm；另外，雙極化天線具有 電調天線的優(yōu)點，在移動通信網中使用雙極化天線同電調天線 一樣，可以降低呼損，減小干擾，提高全網的服務質量。如果 使用雙極化天線，由于雙極化天線對架設安裝要求不高，不需 要征地建塔，只需要架一根直徑20cm的鐵柱，將雙極化天線 按相應覆蓋方向固定在鐵柱上即可

35、，從而節(jié)省基建投資，同時 使基站布局更加合理，基站站址的選定更加容易。 移動通信天線選擇 n 對于天線的選擇，我們應根據(jù)自己移動網的覆蓋，話務量， 干擾和網絡服務質量等實際情況，選擇適合本地區(qū)移動網絡 需要的移動天線： - 在基站密集的高話務地區(qū)，應該盡量采用雙極化天線和電 調天線； - 在邊、郊等話務量不高，基站不密集地區(qū)和只要求覆蓋的 地區(qū)，可以使用傳統(tǒng)的機械天線。 我國目前的移動通信網在高話務密度區(qū)的呼損較高，干擾 較大，其中一個重要原因是機械天線下傾角度過大，天線下 傾角度過大，天線方向圖嚴重變形。要解決高話務區(qū)的容量 不足，必須縮短站距，加大天線下傾角度，但是使用機械天 線，下傾角度

36、大于5時，天線方向圖就開始變形，超過 10時，天線方向圖嚴重變形，因此采用機械天線，很難解 決用戶高密度區(qū)呼損高、干擾大的問題。因此建議在高話務 密度區(qū)采用電調天線或雙極化天線替換機械天線，替換下來 的機械天線可以安裝在農村，郊區(qū)等話務密度低的地區(qū)。 室內分布常用天線舉例 n定向板狀天線 n柵狀（格）拋物面天線 n八木天線 n室內全向吸頂天線 n室內壁掛天線 n微波傳輸天線 n偽裝天線 基站用900m板狀天線技術參數(shù) n電性能電性能(900mhz) n技術參數(shù)（英文）：技術參數(shù)（英文）： 性能指標性能指標 n增益（增益（gain）：）： 16dbi n頻率范圍（頻率范圍（frequency r

37、ange）：）： 870 - 960 mhz n雙極化（雙極化（polarisation dual slant）：）： 45 n端口隔離度（端口隔離度（isolation between ports）：）： 330 db n水平平面水平平面-3db功率角（功率角（horizontal plane -3db power beamwidth）：）：65 n垂直平面垂直平面-3db 功率角（功率角（vertical plane -3db power beamwidth）：）：8 n水平面水平面-10db功率角（功率角（horizontal plane -10db power beamwidth）：）

38、：125 n阻抗（阻抗（impedance）：）： 50 ohm n回波損耗（回波損耗（return loss）：）： 870-960 mhz 316 db n前后比（前后比（front to back ratio）：）： 325 db n端口最大輸入功率（端口最大輸入功率（max input power per port）：）： 150 w n電調下傾角度（電調下傾角度（electrical downtilt）：）：1 to 10 n電調下傾角度精確度（電調下傾角度精確度（downtilt setting accuracy）：）： 0.5 定向板狀天線 n無論是無論是gsm 還是還是cdma

39、， 板狀天線是用得板狀天線是用得 最為普遍的一類極為重要的基站天線。這種最為普遍的一類極為重要的基站天線。這種 天線的優(yōu)點是：增益高、扇形區(qū)方向圖好、天線的優(yōu)點是：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、密封后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封 性能性能 可靠以及使用壽命長?？煽恳约笆褂脡勖L。 n板狀天線也常常被用作為直放站的用戶天線，板狀天線也常常被用作為直放站的用戶天線， 根據(jù)作用扇形區(qū)的范圍大小，應選擇相應的根據(jù)作用扇形區(qū)的范圍大小，應選擇相應的 天線型號。天線型號。 頻率范圍824-960mhz 頻帶寬度70mhz 增益14-17dbi 極化垂直極化 標稱阻抗5

40、0 電壓駐波比1.4 前后比25db 下傾角(可調)3 -8 半功率 波束寬度 h 60 -120 e 8 - 16 垂直面旁瓣抑制-12db 基站用1800m板狀天線技術參數(shù) n電性能電性能(1800mhz) n增益（增益（gain）：）：16dbi n頻率范圍（頻率范圍（frequency range）：）：1710-1880 mhz n雙極化（雙極化（polarisation dual slant）：）： 45 n端口隔離度（端口隔離度（isolation between ports）：）： 330 db n水平平面水平平面-3db功率角（功率角（horizontal plane -3d

41、b power beamwidth）：）：65 n垂直平面垂直平面-3db 功率角（功率角（vertical plane -3db power beamwidth）：）：8 n水平面水平面-10db功率角（功率角（horizontal plane -10db power beamwidth）：）：120 n阻抗（阻抗（impedance）：）：50 ohm n回波損耗（回波損耗（return loss）：）：870-960 mhz 314 db n前后比（前后比（front to back ratio）：）：325 db n端口最大輸入功率（端口最大輸入功率（max input power p

42、er port）：）：125 w n電調下傾角度（電調下傾角度（electrical downtilt）：）： 1 to 10 n電調下傾角度精確度（電調下傾角度精確度（downtilt setting accuracy）：）： 0.5 n電性能電性能(一般一般) n連接器類型（連接器類型（connectors type）：）： 7/16 din, n optional n機械性能機械性能 n高度高度height 2258 mm n寬度寬度width 400 mm n深度深度depth 139 mm n額定風速度（額定風速度（rated wind speed） 200 km/hr nthrus

43、t at wind speed of 160 km/hr kgf 175 n重量重量(除安裝機架除安裝機架) weight (excluding mounting brackets) ： tboutline drawing no mk105 kg 柵狀拋物面天線柵狀拋物面天線 n 從性能價格比出發(fā)，人們常常選用從性能價格比出發(fā)，人們常常選用柵狀拋柵狀拋 物面天線物面天線作為直放站施主天線。由于拋物面作為直放站施主天線。由于拋物面 具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射 能力強，能力強，直徑為直徑為 1.5 m 的柵狀拋物面天線，的柵狀拋物面天線， 在在90

44、0兆頻段，其增益即可達兆頻段，其增益即可達 g = 20 dbi . 它特別適用于點對點的通信，例如它常常被它特別適用于點對點的通信，例如它常常被 選用為直放站的施主天線。選用為直放站的施主天線。 n 拋物面采用柵狀結構，一是為了減輕天拋物面采用柵狀結構，一是為了減輕天 線的重量，二是為了減少風的阻力。線的重量，二是為了減少風的阻力。 n 拋物面天線一般都能給出拋物面天線一般都能給出 不低于不低于 30 db 的前后比的前后比 ，這也正是直放站系統(tǒng)防自激，這也正是直放站系統(tǒng)防自激 而對接收天線所提出的必須滿足的技術指標而對接收天線所提出的必須滿足的技術指標。 柵格拋物面天線技術參數(shù) n電指標：

45、電指標： 頻率范圍頻率范圍(mhz) 870960 增增 益益(dbi) 18.5 駐駐 波波 比比 23db 接頭接頭 n-female 雷電防護雷電防護 直流接地直流接地 n機械指標：機械指標： 尺寸尺寸(ld)-mm 1200 重量重量(kg) 12 支架重量支架重量(kg) 2.8 調整范圍調整范圍 水水 平平 360 俯俯 仰仰 015 抱桿直徑抱桿直徑-mm 60114 抗抗 風風 速速(km/h) 241 八木定向天線八木定向天線 n 八木定向天線，八木定向天線，具有增益較高、具有增益較高、 結構輕巧、架設方便、價格便結構輕巧、架設方便、價格便 宜等優(yōu)點。因此，它特別適用宜等優(yōu)點

46、。因此，它特別適用 于點對點的通信，例如它是室于點對點的通信，例如它是室 內分布系統(tǒng)的室外接收天線的內分布系統(tǒng)的室外接收天線的 首選天線類型。首選天線類型。 n 八木定向天線的單元數(shù)越八木定向天線的單元數(shù)越 多，其增益越高，多，其增益越高，通常采用通常采用 6 12 單元的八木定向天線，其單元的八木定向天線，其 增益可達增益可達 1015 db 。 技術指標技術指標 頻率范圍： 450470mhz 駐波比： 1.5 增益： 11dbi 波瓣寬度： 水平面：61 垂直面：50 前后比： 15db 阻抗： 50 最大輸入功率： 100w 雷電保護： 直流接地 機械指標機械指標 接頭： tnc陽頭

47、接頭位置： 底部-15米電纜 天線長度： 775mm 天線重量： 1.1kg 抗風能力： 210kmh 環(huán)境溫度： -4060 環(huán)境濕度： 5-95 室內吸頂天線室內吸頂天線 n 室內吸頂天線必須具有結構輕巧、外型美觀、室內吸頂天線必須具有結構輕巧、外型美觀、 安裝方便等優(yōu)點。安裝方便等優(yōu)點。 n 現(xiàn)今市場上見到的室內吸頂天線，外形花色很現(xiàn)今市場上見到的室內吸頂天線，外形花色很 多，但其內芯的購造幾乎都是一樣的。這種吸頂天線多，但其內芯的購造幾乎都是一樣的。這種吸頂天線 的內部結構，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶理的內部結構，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶理 論的基礎上，借助計算機的輔助設

48、計，以及使用網絡論的基礎上，借助計算機的輔助設計，以及使用網絡 分析儀進行調試，所以能很好地滿足在非常寬的工作分析儀進行調試，所以能很好地滿足在非常寬的工作 頻帶內的駐波比要求，按照國家標準，在很寬的頻帶頻帶內的駐波比要求，按照國家標準，在很寬的頻帶 內工作的天線其駐波比指標為內工作的天線其駐波比指標為vswr 2 。當然，。當然， 能達到能達到vswr 1.5 更好。順便指出，室內吸頂天更好。順便指出，室內吸頂天 線屬于低增益天線線屬于低增益天線, 一般為一般為 g = 2 -3dbi 。 吸頂天線技術參數(shù) n主要參數(shù)：主要參數(shù)： 技術指標技術指標 n 頻率范圍frequency rang

49、824960（mhz）17102500（mhz） n 輸入阻抗 impedance 50 n增益gain 3(dbi) n駐波比系數(shù)vswr 1m - 天線間距： - 同一小區(qū)分集接收天線： 3m - 全向天線水平間距： 4m - 定向天線水平間距： 2.5m - 不同平臺天線垂直間距： 1m - 收發(fā)天線除說明書特別指明不可倒置安置。 - 處于避雷針保護范圍內。 - 天線方位：對于定向天線，第一扇區(qū)北偏東60度， 第二扇區(qū)正南方向，第三扇區(qū)北偏西60度。 - 天線傾角：保證天線實際傾角符合se設計要求，誤 差小于2度。 - 天線垂直度：除有天線傾角的基站外，保證天線的 垂直度不大于2度。 移

50、動通信系統(tǒng)天線參數(shù)調整移動通信系統(tǒng)天線參數(shù)調整 n天線高度的調整 n天線俯仰角的調整 n天線方位角的調整 n天線位置的優(yōu)化調整 天線高度的調整 n 天線高度直接與基站的覆蓋范圍有關。一般來說，我們用儀器 測得的信號覆蓋范圍受兩方向因素影響： 一是天線所發(fā)直射波所能達到的最遠距離； 二是到達該地點的信號強度足以為儀器所捕捉。 900mhz移動通信是近地表面視線通信，天線所發(fā)直射波所能 達到的最遠距離（s）直接與收發(fā)信天線的高度有關，具體關系 式可簡化如下： ns=2r(h+h) n其中：r-地球半徑，約為6370km； nh-基站天線的中心點高度； nh-手機或測試儀表的天線高度。 n由此可見，

51、基站無線信號所能達到的最遠距離（即基站的覆 蓋范圍）是由天線高度決定的。 n gsm網絡在建設初期，站點較少，為了保證覆蓋，基站天線一 般架設得都較高。隨著近幾年移動通信的迅速發(fā)展，基站站點大量 增多，在市區(qū)已經達到大約500m左右為一個站。在這種情況下， 我們必須減小基站的覆蓋范圍，降低天線的高度，否則會嚴重影響 我們的網絡質量。其影響主要有以下幾個方面： na. 話務不均衡?；咎炀€過高，會造成該基站的覆蓋范圍過大， 從而造成該基站的話務量很大，而與之相鄰的基站由于覆蓋較小且 被該基站覆蓋，話務量較小，不能發(fā)揮應有作用，導致話務不均衡。 nb. 系統(tǒng)內干擾?；咎炀€過高，會造成越站無線干擾

52、（主要包括 同頻干擾及鄰頻干擾），引起掉話、串話和有較大雜音等現(xiàn)象，從 而導致整個無線通信網絡的質量下降。 nc. 孤島效應。孤島效應是基站覆蓋性問題，當基站覆蓋在大型水面 或多山地區(qū)等特殊地形時，由于水面或山峰的反射，使基站在原覆 蓋范圍不變的基礎上，在很遠處出現(xiàn)飛地，而與之有切換關系的 相鄰基站卻因地形的阻擋覆蓋不到，這樣就造成飛地與相鄰基站 之間沒有切換關系，飛地因此成為一個孤島，當手機占用上飛 地覆蓋區(qū)的信號時，很容易因沒有切換關系而引起掉話。 天線俯仰角的調整 n 天線俯仰角的調整是網絡優(yōu)化中的一個非常重要的事情。選擇合 適的俯仰角可以使天線至本小區(qū)邊界的射線與天線至受干擾小區(qū)邊 界

53、的射線之間處于天線垂直方向圖中增益衰減變化最大的部分，從 而使受干擾小區(qū)的同頻及鄰頻干擾減至最??；另外，選擇合適的覆 蓋范圍，使基站實際覆蓋范圍與預期的設計范圍相同，同時加強本 覆蓋區(qū)的信號強度。 n在目前的移動通信網絡中，由于基站的站點的增多，使得我們在 設計市區(qū)基站的時候，一般要求其覆蓋范圍大約為500m左右，而根 據(jù)移動通信天線的特性，如果不使天線有一定的俯仰角（或俯仰角 偏?。┑脑挘瑒t基站的覆蓋范圍是會遠遠大于500m的，如此則會造 成基站實際覆蓋范圍比預期范圍偏大，從而導致小區(qū)與小區(qū)之間交 插覆蓋，相鄰切換關系混亂，系統(tǒng)內頻率干擾嚴重；另一方面，如 果天線的俯仰角偏大，則會造成基站實

54、際覆蓋范圍比預期范圍偏小， 導致小區(qū)之間的信號盲區(qū)或弱區(qū)，同時易導致天線方向圖形狀的變 化（如從鴨梨形變?yōu)榧忓N形），從而造成嚴重的系統(tǒng)內干擾。因此， 合理設置俯仰角是保證整個移動通信網絡質量的基本保證。 n一般來說，俯仰角的大小可以由以下公式推算： n=arctg(h/r)a/2 n其中： n -天線的俯仰角 nh-天線的高度 nr-小區(qū)的覆蓋半徑 na-天線的垂直平面半功率角 上式是將天線的主瓣方向對準小區(qū)邊緣時得出的，在實際 的調整工作中，一般在由此得出的俯仰角角度的基礎上再 加上1-2度，使信號更有效地覆蓋在本小區(qū)之內。 天線方位角的調整 n 天線方位角的調整對移動通信的網絡質量非常重要

55、。一方面， 準確的方位角能保證基站的實際覆蓋與所預期的相同，保證整個網 絡的運行質量；另一方面，依據(jù)話務量或網絡存在的具體情況對方 位角進行適當?shù)恼{整，可以更好地優(yōu)化現(xiàn)有的移動通信網絡。 n根據(jù)理想的蜂窩移動通信模型，一個小區(qū)的交界處，這樣信號 相對互補。與此相對應，在現(xiàn)行的gsm系統(tǒng)（主要指ericsson設備） 中，定向站一般被分為三個小區(qū)，即： na小區(qū)：方位角度0度，天線指向正北； nb小區(qū)：方位角度120度，天線指向東南； nc小區(qū)：方位角度240度，天線指向西南。 n 在gsm建設及規(guī)劃中，我們一般嚴格按照上述的規(guī)定對天線的方 位角進行安裝及調整，這也是天線安裝的重要標準之一，如果

56、方位 角設置與之存在偏差，則易導致基站的實際覆蓋與所設計的不相符， 導致基站的覆蓋范圍不合理，從而導致一些意想不到的同頻及鄰頻 干擾。 n 但在實際的gsm網絡中，一方面，由于地形的原因，如大樓、高 山、水面等，往往引起信號的折射或反射，從而導致實際覆蓋與理 想模型存在較大的出入，造成一些區(qū)域信號較強，一些區(qū)域信號較 弱，這時我們可根據(jù)網絡的實際情況，對所地應天線的方位角進行 適當?shù)恼{整，以保證信號較弱區(qū)域的信號強度，達到網絡優(yōu)化的目 的；另一方面，由于實際存在的人口密度不同，導致各天線所對應 小區(qū)的話務不均衡，這時我們可通過調整天線的方位角，達到均衡 話務量的目的。當然，在一般情況下我們并不

57、贊成對天線的方位角 進行調整，因為這樣可能會造成一定程度的系統(tǒng)內干擾。但在某些 特殊情況下，如當?shù)鼐o急會議或大型公眾活動等，導致某些小區(qū)話 務量特別集中，這時我們可臨時對天線的方位角進行調整，以達到 均衡話務，優(yōu)化網絡的目的；另外，針對郊區(qū)某些信號盲區(qū)或弱區(qū)， 我們亦可通過調整天線的方位角達到優(yōu)化網絡的目的，這時我們應 輔以場強測試車對周圍信號進行測試，以保證網絡的運行質量。 天線位置的優(yōu)化調整 n由于后期工程、話務分布以及無線傳播環(huán)境的變 化，在優(yōu)化中我們曾遇到一些基站很難通過天線 方位角或傾角的調整達到改善局部區(qū)域覆蓋，提 高基站利用率。為此就需要進行基站搬遷，換句 話說也就是基站重新選點

58、過程。 下文摘錄了我們平時做規(guī)劃時的一些經驗。 (1) 基站初始布局 n基站布局主要受場強覆蓋、話務密度分布和建站條件三 方面因素的制約，對于一般大中城市來說，場強覆蓋的 制約因素已經很小，主要受話務密度分布和建站條件兩 個因素的制約較大?；静季值氖杳芤獙谠拕彰芏?分布情況。 但是，目前對大中城市市區(qū)還作不到按街區(qū)預測話務密 度，因此，對市區(qū)可按照： (a)繁華商業(yè)區(qū)； (b) 賓館、寫字樓、娛樂場所集中區(qū)； (c) 經濟技術開發(fā)區(qū)、住宅區(qū)； (d)工業(yè)區(qū)及文教區(qū)；等進行分類。 n一般來說： (a)(b)類地區(qū)應設最大配置的定向基站，如8/8/8站型，站間距在 0.61.6km； (c)

59、 類地區(qū)也應設較大配置的定向基站，如6/6/6站型或4/4/4站型， 基站站間距取1.63km； (d) 類地區(qū)一般可設小規(guī)模定向基站，如2/2/2站型，站間距為3 5km；若基站位于城市邊緣或近郊區(qū)，且站間距在5km以上，可設以 全向基站。 上幾類地區(qū)內都按用戶均勻分布要求設站。郊縣和主要公路、鐵 路覆蓋一般可設全向或二小區(qū)基站，站間距離5km-20km左右。 結合當?shù)氐匦魏统鞘邪l(fā)展規(guī)劃進行基站布局： a. 基站布局要結合城市發(fā)展規(guī)劃，可以適度超前； b. 有重要用戶的地方應有基站覆蓋； c. 市內話務量熱點地段增設微蜂窩站或增加載頻配置； d. 大型商場賓館、地鐵、地下商場、體育場館如有必

60、要用微蜂窩或 室內分布解決； e在基站容量飽和前，可考慮采用gsm900/1800雙頻解決方案。 (2) 站址選擇與勘察 n 在完成基站初始布局以后，網絡規(guī)劃工程師要與建設 單位以及相關工程設計單位一起，根據(jù)站點布局圖進行 站址的選擇與勘察。市區(qū)站址在初選中應作到房主基本 同意用作基站。初選完成之后，由網絡規(guī)劃工程師、工 程設計單位與建設單位進行現(xiàn)場查勘，確定站址條件是 否滿足建站要求，并確定站址方案，最后由建設單位與 房主落實站址。選址要求如下： - 交通方便、市電可靠、環(huán)境安全及占地面積小。 - 在建網初期設站較少時，選擇的站址應保證重要用戶 和用戶密度大的市區(qū)有良好的覆蓋。 - 在不影響