信息傳輸原理教程4--移動(dòng)信息傳輸原理

1、第4章 移動(dòng)信息傳輸原理 歐冬秀 同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院 O 內(nèi)容 l1 無線電波 l2 天線及其特性參數(shù) l3 超短波傳播 l4 移動(dòng)信息傳輸關(guān)鍵技術(shù) l5移動(dòng)信息傳輸系統(tǒng) 1. 無線電波 1）電波輻射 l電磁波頻率譜 1. 無線電波 1）電波輻射 l無線電波頻率劃分 名稱名稱頻率范圍頻率范圍波波 長(zhǎng)長(zhǎng)典型應(yīng)用典型應(yīng)用 特低頻(ELF)30 - 300（Hz）103-104km海底通信、電報(bào) 音頻(VF)300 - 3000(Hz)102-103km低速數(shù)據(jù)、電話 甚低頻(VLF)3 30(kHz)10-100 km導(dǎo)航、聲納 低頻(LF)30 300(kHz)1-10 km(長(zhǎng)波)導(dǎo)航、

2、電力通信 中頻(MF)300 3000(kHz)100-1000m（中波）廣播、業(yè)余電臺(tái) 高頻(HF)3 30(MHz)10-100m（短波）廣播、國(guó)際定點(diǎn)通信 甚高頻(VHF)30 300(MHz)1-10m(米波）電視、調(diào)頻廣播 特高頻(UHF)3003000(MHz)10-102分米(分米波）電視、蜂窩網(wǎng)、微波鏈 路、 超高頻(HF)3 30(GHz)1-10厘米（厘米波）衛(wèi)星通信、微波通信 極高頻(VHF)30 300(GHz)1-10毫米（毫米波）雷達(dá)著陸系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)用 注：注：kHz = 103 Hz, MHz = 106 Hz, GHz = 109 Hz, 1. 無線電波 1）電波

3、輻射 User/link bit rate Mbps 1. 無線電波 1）電波輻射 導(dǎo)線載有交變電流時(shí)，就可以形成電磁波的輻射，導(dǎo)線載有交變電流時(shí)，就可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)輻射的能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)短和形狀有關(guān). .如果導(dǎo)線位置如由于兩如果導(dǎo)線位置如由于兩 導(dǎo)線的距離很近，且兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)幾乎可以抵消，因而輻射很導(dǎo)線的距離很近，且兩導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)幾乎可以抵消，因而輻射很 微弱。如果將兩導(dǎo)線張開，這時(shí)由于兩導(dǎo)線的電流方向相同，由兩導(dǎo)線所產(chǎn)微弱。如果將兩導(dǎo)線張開，這時(shí)由于兩導(dǎo)線的電流方向相同，由兩導(dǎo)線所產(chǎn) 生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相同，因而輻射較強(qiáng)。當(dāng)導(dǎo)線的

4、長(zhǎng)度生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相同，因而輻射較強(qiáng)。當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度l l遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，導(dǎo)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，導(dǎo) 線的電流很小，輻射很微弱線的電流很小，輻射很微弱. . 當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度增大到可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度增大到可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流 就大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。通常將上述能產(chǎn)生顯著就大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。通常將上述能產(chǎn)生顯著 輻射的直導(dǎo)線稱為振子。輻射的直導(dǎo)線稱為振子。 無線輻射電磁波的基本原理無線輻射電磁波的基本原理 1. 無線電波 1）電波輻射 1. 無線電波 2）高頻傳輸線 l(1)電波沿傳輸線傳播 假設(shè)傳輸線長(zhǎng)度為無限長(zhǎng)，或者其終端電阻等于 特性阻抗

5、信號(hào)是以電波的形式沿著線路傳輸，這種信號(hào)叫 做“推進(jìn)波 1. 無線電波 1）電波輻射 l短導(dǎo)線的輻射 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)電場(chǎng) 振子振子 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 電場(chǎng)電場(chǎng) 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 交變磁場(chǎng)維持交變電場(chǎng)，電場(chǎng)轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)，磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化 為電場(chǎng)，形成在自由空間傳播著的無線電波 1. 無線電波 2）高頻傳輸線 l(2)反射與駐波 如果線路不匹配的話，則來自終端負(fù)載的反射波 將疊加在來自電源的入射波上 開路：不耗散任何能量，因此入射波的所有能量 將被反射回 1. 無線電波 2）高頻傳輸線 l(3) 傳輸線損耗 傳輸線的損耗通常用一定長(zhǎng)度（100m）的分貝 數(shù)來表示 同軸電纜的傳輸線損耗隨著頻率的提高而迅速

6、增 加，當(dāng)頻率達(dá)到GHz級(jí)或更高時(shí)，現(xiàn)有的同軸傳 輸線損耗將非常高，無法使用 當(dāng)饋線和天線匹配時(shí)，高頻能量全部被負(fù)載吸收，饋線上當(dāng)饋線和天線匹配時(shí)，高頻能量全部被負(fù)載吸收，饋線上 只有入射波，沒有反射波。饋線上傳輸?shù)氖切胁?，饋線上各處的只有入射波，沒有反射波。饋線上傳輸?shù)氖切胁ǎ伨€上各處的 電壓幅度相等，饋線上任意一點(diǎn)的阻抗都等于它的特性阻抗。電壓幅度相等，饋線上任意一點(diǎn)的阻抗都等于它的特性阻抗。 而當(dāng)天線和饋線不匹配時(shí)，也就是天線阻抗不等于饋線特性而當(dāng)天線和饋線不匹配時(shí)，也就是天線阻抗不等于饋線特性 阻抗時(shí)，負(fù)載就不能全部將饋線上傳輸?shù)母哳l能量吸收，而只能阻抗時(shí)，負(fù)載就不能全部將饋線上傳輸

7、的高頻能量吸收，而只能 吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回來形成反射波。吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回來形成反射波。 9.5 W80 ohms 50 ohms 朝前朝前: 10W 返回返回: 0.5W 這里的反射損耗為這里的反射損耗為 10log(10/0.5) = 13dB VSWR 是是反射損耗的另一種計(jì)量反射損耗的另一種計(jì)量 1. 無線電波 2）高頻傳輸線 在不匹配的情況下在不匹配的情況下, ,饋線上同時(shí)存在入射波和反射波。兩者疊加，饋線上同時(shí)存在入射波和反射波。兩者疊加， 在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波腹；在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成

8、波腹； 而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相減為最小，形成波而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相減為最小，形成波 節(jié)。其它各點(diǎn)的振幅則介于波幅與波節(jié)之間。這種合成波稱為節(jié)。其它各點(diǎn)的振幅則介于波幅與波節(jié)之間。這種合成波稱為 駐波。反射波和入射波幅度之比叫作反射系數(shù)。駐波。反射波和入射波幅度之比叫作反射系數(shù)。 反射波幅度反射波幅度 （。）。） 反射系數(shù)反射系數(shù) 入射波幅入射波幅 （。）。） 駐波波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù)，也叫電駐波波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù)，也叫電 壓駐波比壓駐波比(VSWR)(VSWR) 駐波波腹電壓幅度最大駐波波腹電壓幅度最大值值max max

9、（1+1+） 駐波系數(shù)駐波系數(shù) 駐波波節(jié)電壓輻度最小值駐波波節(jié)電壓輻度最小值min min （1-1-） 終端負(fù)載阻抗和特性阻抗越接近，反射系數(shù)越小，駐波系終端負(fù)載阻抗和特性阻抗越接近，反射系數(shù)越小，駐波系 數(shù)越接近于，匹配也就越好。數(shù)越接近于，匹配也就越好。 內(nèi)容 l1 無線電波 l2 天線（及其特性參數(shù)） l3 超短波傳播 l4 移動(dòng)信息傳輸關(guān)鍵技術(shù) l5移動(dòng)信息傳輸系統(tǒng) B B l la ah h blah bl ahb la h 把從導(dǎo)線上傳下來的電信號(hào)做為無線電波發(fā)射到空間把從導(dǎo)線上傳下來的電信號(hào)做為無線電波發(fā)射到空間. 收集無線電波并產(chǎn)生電信號(hào)收集無線電波并產(chǎn)生電信號(hào) 什么是天線什

10、么是天線? ? 2. 天線 1）概念 將傳輸線中的高頻電磁能將傳輸線中的高頻電磁能 轉(zhuǎn)成為轉(zhuǎn)成為 自由空間的電磁波，或反之將自由空自由空間的電磁波，或反之將自由空 間中的電磁波轉(zhuǎn)化為傳輸線中的高頻間中的電磁波轉(zhuǎn)化為傳輸線中的高頻 電磁能。電磁能。 天線的作用天線的作用 2. 天線 1）概念 同同 軸軸 線線 變變 化化 為為 對(duì)對(duì) 稱稱 振振 子子 天天 線線 2. 天線 2）對(duì)稱振子 兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱振子。每臂長(zhǎng)度為四分之一兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱振子。每臂長(zhǎng)度為四分之一 波長(zhǎng)稱半波對(duì)稱振子。全長(zhǎng)與波長(zhǎng)相等的振子，稱為全波對(duì)稱振波長(zhǎng)稱半波對(duì)稱振子。全長(zhǎng)與波長(zhǎng)相等的振子，稱為全波對(duì)

11、稱振 子。將振子折合起來的，稱為折合振子。子。將振子折合起來的，稱為折合振子。 一個(gè)一個(gè)1/2波長(zhǎng)的對(duì)稱振子波長(zhǎng)的對(duì)稱振子 在在 800MHz 約約 200mm長(zhǎng)長(zhǎng) 400MHz 約約 400mm 長(zhǎng)長(zhǎng) 1/4波長(zhǎng)波長(zhǎng) 1/4波長(zhǎng)波長(zhǎng) 1/2波長(zhǎng)波長(zhǎng) 振子振子 1/2波長(zhǎng)波長(zhǎng) 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 2. 天線 2）對(duì)稱振子 1）半波振子上的場(chǎng)分布）半波振子上的場(chǎng)分布 2. 天線 2）對(duì)稱振子 2. 天線 2）對(duì)稱振子 l(3) 對(duì)稱振子的輻射場(chǎng)特性 電場(chǎng) 磁場(chǎng) 電磁波能流密度S rjm e ll r I jE sin cos)coscos(60 120 E H 在在 820 MHz 1/2 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 為為

12、 180mm, 在在890 MHz 為為 170mm 175mm對(duì)對(duì) 850MHz 將是最佳的將是最佳的 該天線的頻帶寬度該天線的頻帶寬度 = 890 - 820 = 70MHz 當(dāng)天線的工作波長(zhǎng)不是最佳時(shí)天線性能要下降當(dāng)天線的工作波長(zhǎng)不是最佳時(shí)天線性能要下降 在在 850MHz 1/2 波長(zhǎng)振子波長(zhǎng)振子 最佳最佳 在在 890 MHz 天線振子天線振子 在在 820 MHz 在天線工作頻帶內(nèi)在天線工作頻帶內(nèi),天線性能下降不多天線性能下降不多,仍然是可以接受的。仍然是可以接受的。 2. 天線 2）對(duì)稱振子 2. 天線 3）天線特性 l(1) 天線的方向性 l天線的方向性是指天線向一定方向輻射電

13、天線的方向性是指天線向一定方向輻射電 磁波的能力。對(duì)于接收天線而言，方向性磁波的能力。對(duì)于接收天線而言，方向性 表示天線對(duì)不同方向傳來的電波所具有的表示天線對(duì)不同方向傳來的電波所具有的 接收能力。天線的方向性的特性曲線通常接收能力。天線的方向性的特性曲線通常 用方向圖來表示用方向圖來表示. l 方向圖可用來說明天線在空間各個(gè)方向方向圖可用來說明天線在空間各個(gè)方向 上所具有的發(fā)射或接收電磁波的能力。上所具有的發(fā)射或接收電磁波的能力。 2. 天線 3）天線特性 l(1) 天線的方向性天線的方向性 l半波對(duì)稱陣子方向圖 頂視頂視 側(cè)視側(cè)視 在地平面上，為了把信號(hào)集中到所需要的地方，要在地平面上，為了

14、把信號(hào)集中到所需要的地方，要 求把求把“面包圈面包圈” ” 壓成扁平的壓成扁平的 一個(gè)單一的對(duì)稱振子具有一個(gè)單一的對(duì)稱振子具有“面包圈面包圈” 形的方向圖形的方向圖 2. 天線 3）天線特性 在這兒增益在這兒增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd 一個(gè)對(duì)稱振子一個(gè)對(duì)稱振子 假設(shè)在接收機(jī)中假設(shè)在接收機(jī)中有1mW功率功率 在陣中有在陣中有4個(gè)對(duì)稱振子個(gè)對(duì)稱振子 在接收機(jī)中就在接收機(jī)中就有4 mW功率功率 更加集中的信號(hào)更加集中的信號(hào) 2. 天線 3）天線特性 上旁瓣抑制上旁瓣抑制 下旁瓣抑制下旁瓣抑制 2. 天線 3）天線特性 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

15、還是接收天線，它們總是在一定的 頻率范圍內(nèi)工作的，通常，工作在中心頻率時(shí)天線所能頻率范圍內(nèi)工作的，通常，工作在中心頻率時(shí)天線所能 輸送的功率最大，偏離中心頻率時(shí)它所輸送的功率都將輸送的功率最大，偏離中心頻率時(shí)它所輸送的功率都將 減小，據(jù)此可定義天線的頻率帶寬。減小，據(jù)此可定義天線的頻率帶寬。 有幾種不同的定義：有幾種不同的定義： 一種是指天線增益下降三分貝時(shí)的頻帶寬度；一種是指天線增益下降三分貝時(shí)的頻帶寬度； 一種是指在規(guī)定的駐波比下天線的工作一種是指在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度。頻帶寬度。 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說， 就是當(dāng)

16、天線的輸入駐波比就是當(dāng)天線的輸入駐波比1.51.5時(shí)，天線的工作帶寬。時(shí)，天線的工作帶寬。 2. 天線 3）天線特性 在我們的在我們的“扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線”中，反射面把功率聚焦到一個(gè)方向進(jìn)一步提高了增益。中，反射面把功率聚焦到一個(gè)方向進(jìn)一步提高了增益。 這里這里, “扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線” 與單個(gè)對(duì)稱振子相比的增益為與單個(gè)對(duì)稱振子相比的增益為10log(8mW/1mW) = 9dBd “扇形覆蓋天線扇形覆蓋天線 ” 將在接收機(jī)中有將在接收機(jī)中有8mW功率功率 “全向陣全向陣” 例如在接收機(jī)中為例如在接收機(jī)中為4mW功率功率 (頂視) 天線天線 (3).反射天線反射天線 反射面放在陣列

17、的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線反射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線 2. 天線 3）天線特性 無線電波在空間傳播時(shí)，其電場(chǎng)方向是按一定的規(guī)律而變化無線電波在空間傳播時(shí)，其電場(chǎng)方向是按一定的規(guī)律而變化 的，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。無線電波的電場(chǎng)方向稱為電的，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。無線電波的電場(chǎng)方向稱為電 波的極化方向。如果電波的電場(chǎng)方向垂直于地面，我們就稱它為波的極化方向。如果電波的電場(chǎng)方向垂直于地面，我們就稱它為 垂直極化波。如果電波的電場(chǎng)方向與地面平行，則稱它為水平極垂直極化波。如果電波的電場(chǎng)方向與地面平行，則稱它為水平極 化波化波。 （4 4）. . 無線電波的極化無線電波的極化 2.

18、天線 3）天線特性 垂直極化垂直極化 水平極化水平極化 + 45度傾斜的極化度傾斜的極化 天線輻射的電磁場(chǎng)的電場(chǎng)方向就是天線的極化方向天線輻射的電磁場(chǎng)的電場(chǎng)方向就是天線的極化方向 - 45度傾斜的極化度傾斜的極化 （4 4）. .天線的極化天線的極化 2. 天線 3）天線特性 圓極化波圓極化波 如果電波在傳播過程中電場(chǎng)的方向是旋轉(zhuǎn)的，就叫作橢圓如果電波在傳播過程中電場(chǎng)的方向是旋轉(zhuǎn)的，就叫作橢圓 極化波。旋轉(zhuǎn)過程中，如果電場(chǎng)的幅度，即大小保持不變，我們極化波。旋轉(zhuǎn)過程中，如果電場(chǎng)的幅度，即大小保持不變，我們 就叫它為圓極化波。向傳播方向看去順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的叫右旋圓就叫它為圓極化波。向傳播方向看去

19、順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的叫右旋圓 極化波，反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的叫做左旋圓極化波。極化波，反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的叫做左旋圓極化波。 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；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左旋圓極化特性的天線來接收。當(dāng)來波的極旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。當(dāng)來波的極 化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，在接收過程中通常都要化方向與接收天線的極化方向不一致

20、時(shí)，在接收過程中通常都要 產(chǎn)生極化損失，例如：當(dāng)用圓極化天線接收任一線極化波，或用產(chǎn)生極化損失，例如：當(dāng)用圓極化天線接收任一線極化波，或用 線極化天線接收任一圓極化波時(shí)，都要產(chǎn)生分貝的極化損失，線極化天線接收任一圓極化波時(shí)，都要產(chǎn)生分貝的極化損失， 即只能接收到來波的一半能量；即只能接收到來波的一半能量； （4 4）. .天線的極化天線的極化 2. 天線 3）天線特性 兩個(gè)天線為一個(gè)兩個(gè)天線為一個(gè) 整體整體 V/H (垂直垂直/水平水平)傾斜傾斜 (+/- 45) 傳輸兩個(gè)獨(dú)立的波傳輸兩個(gè)獨(dú)立的波 雙極化天線雙極化天線 （4 4）. .天線的極化天線的極化 2. 天線 3）天線特性 隔離代表饋

21、送到一種極化的信號(hào)在另外一種極 化中出現(xiàn)的比例 1000mW (即即1W)1mW 在這種情況下的隔離為在這種情況下的隔離為 10log(1000mW/1mW) = 30dB ( (極化極化) )隔離隔離（4 4）. .天線的極化天線的極化 2. 天線 3）天線特性 方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。它大，天線方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比。它大，天線 定向接收性能就好?；景氩ㄕ褡犹炀€的前后比為，所以對(duì)來定向接收性能就好。基本半波振子天線的前后比為，所以對(duì)來 自振子前后的相同信號(hào)電波具有相同的接收能力。自振子前后的相同信號(hào)電波具有相同的接收能力。 前向功率前向功率 后向功率后向功

22、率 以以dB表示的前后比表示的前后比 = 10 log 典型值為典型值為 25dB 左右左右 目的是有一個(gè)盡可能小的反向功率目的是有一個(gè)盡可能小的反向功率 (前向功率前向功率) (反向功率反向功率) 2. 天線 3）天線特性 方位即水平面方向圖 120 (eg) 峰值峰值 - 10dB點(diǎn)點(diǎn) - 10dB點(diǎn)點(diǎn) 10dB 波束寬度波束寬度 60 (eg) 峰值峰值 - 3dB點(diǎn)點(diǎn) - 3dB點(diǎn)點(diǎn) 3dB 波束寬度波束寬度 15 (eg) Peak Peak - 3dB Peak - 3dB 32 (eg) Peak Peak - 10dB Peak - 10dB 俯仰面即垂直面方向圖 在方向圖中通

23、常都有兩個(gè)瓣或多個(gè)瓣，其中最大的瓣稱為主瓣在方向圖中通常都有兩個(gè)瓣或多個(gè)瓣，其中最大的瓣稱為主瓣 ，其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩半功率點(diǎn)間的夾角定義為天線方向圖，其余的瓣稱為副瓣。主瓣兩半功率點(diǎn)間的夾角定義為天線方向圖 的波瓣寬度。稱為半功率（角）瓣寬。主瓣瓣寬越窄，則方向性越的波瓣寬度。稱為半功率（角）瓣寬。主瓣瓣寬越窄，則方向性越 好，抗干擾能力越強(qiáng)。好，抗干擾能力越強(qiáng)。 2. 天線 3）天線特性 增益是指在輸入功率相等的條件下，增益是指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)生的場(chǎng)強(qiáng)的平方之比，同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的平方之比， 即功

24、率之比。增益一般與天線方向即功率之比。增益一般與天線方向 圖有關(guān)，方向圖主瓣越窄，后瓣、圖有關(guān)，方向圖主瓣越窄，后瓣、 副瓣越小，增益越高。副瓣越小，增益越高。 (7).(7).天線的增益天線的增益 (1).增益的定義增益的定義 2. 天線 3）天線特性 全全 向向 天天 線線 增增 益益 與與 垂垂 直直 波波 瓣瓣 寬寬 度度 (7).(7).天線的增益天線的增益 2. 天線 3）天線特性 板板 狀狀 天天 線線 增增 益益 與與 水水 平平 波波 瓣瓣 寬寬 度度 90 180 360 半功率波瓣寬度半功率波瓣寬度 半波振子半波振子 帶反射板的半波振子帶反射板的半波振子 帶反射板的兩個(gè)半

25、波振子帶反射板的兩個(gè)半波振子 以半波振子以半波振子 為參考的增益為參考的增益 0dBd 3dBd 6dBd 理論輻射圖理論輻射圖 （7).7).天線的增益天線的增益 2. 天線 3）天線特性 一個(gè)單一對(duì)稱振子具有面包一個(gè)單一對(duì)稱振子具有面包 圈形的方向圖輻射圈形的方向圖輻射 一個(gè)各向同性的輻射器在所一個(gè)各向同性的輻射器在所 有方向具有相同的輻射有方向具有相同的輻射 一個(gè)天線與對(duì)稱振子相比較的增益一個(gè)天線與對(duì)稱振子相比較的增益 用用“dBd”表示表示 一個(gè)天線與各向同性輻射器相比較的一個(gè)天線與各向同性輻射器相比較的 增益用增益用“dBi”表示表示 例如例如: 3dBd = 5.17dBi 2.1

26、7dB 對(duì)稱振子的增益為對(duì)稱振子的增益為2.17dB （7).7).天線的增益天線的增益 B. 天線增益與方向圖的關(guān)系天線增益與方向圖的關(guān)系 一般說來，天線的主瓣波束寬度越窄，天線增益越高。一般說來，天線的主瓣波束寬度越窄，天線增益越高。 當(dāng)旁瓣電平及前后比正常的情況下，可用下式近似表示當(dāng)旁瓣電平及前后比正常的情況下，可用下式近似表示 反射面天線，則由于有效照射效率因素的影響，故反射面天線，則由于有效照射效率因素的影響，故 HE idBG 505022 32000 10 . log)( HE idBG 505022 27000 10 . log)( （7).7).天線的增益天線的增益 螺旋天線

27、螺旋天線 900MHz角形天線角形天線 2. 天線 4）天線示例 900MHz手機(jī)天線手機(jī)天線 CDMA手機(jī)天線手機(jī)天線 2. 天線 4）天線示例 900MHz 2dBi 吸頂天線吸頂天線 900MHz車臺(tái)天線車臺(tái)天線 2. 天線 4）天線示例 柵格拋物面天線組合柵格拋物面天線組合 450MHz 柵狀拋物面天線柵狀拋物面天線 2. 天線 4）天線示例 5.8GHz雙極化拋雙極化拋 物面天線物面天線 2.4GHz拋物面天線拋物面天線 2. 天線 4）天線示例 垂直地網(wǎng)天線（垂直地網(wǎng)天線（ Ground Plane）。這種天）。這種天 線制作和架設(shè)都很容易，線制作和架設(shè)都很容易， 雖然增益不高，但

28、是完全雖然增益不高，但是完全 沒有方向性，不至于遺漏沒有方向性，不至于遺漏 某個(gè)角落的信號(hào)，反而成某個(gè)角落的信號(hào)，反而成 為其優(yōu)點(diǎn)。另外它的輻射為其優(yōu)點(diǎn)。另外它的輻射 角度低，因此反而適合遠(yuǎn)角度低，因此反而適合遠(yuǎn) 距離信號(hào)距離信號(hào) 2. 天線 4）天線示例 400M玻璃鋼全向天線玻璃鋼全向天線 400M鋁合金全向天線鋁合金全向天線 2. 天線 4）天線示例 八木天線（八木天線（Yagi），是因?yàn)槿毡救税四景l(fā)明而得名。八木天線是），是因?yàn)槿毡救税四景l(fā)明而得名。八木天線是 經(jīng)典的定向天線，這張照片是一個(gè)垂直極化八木天線，采用折合振經(jīng)典的定向天線，這張照片是一個(gè)垂直極化八木天線，采用折合振 子。通常

29、八木天線在使用時(shí)應(yīng)裝在有旋轉(zhuǎn)器的鐵塔上。旋轉(zhuǎn)器加上子。通常八木天線在使用時(shí)應(yīng)裝在有旋轉(zhuǎn)器的鐵塔上。旋轉(zhuǎn)器加上 鐵塔的價(jià)格，有時(shí)比天線本身還高鐵塔的價(jià)格，有時(shí)比天線本身還高 陣 列 天 線 2. 天線 4）天線示例 兩副八木天線并列使用兩副八木天線并列使用 2. 天線 4）天線示例 八木天線的變種八木天線的變種對(duì)數(shù)周期天線（對(duì)數(shù)周期天線（LOG）。）。LOG天天 線的優(yōu)點(diǎn)是寬帶寬，圖上這副天線是從線的優(yōu)點(diǎn)是寬帶寬，圖上這副天線是從50MHz到到 1000MHz的接收天線的接收天線 2. 天線 4）天線示例 角角 錐錐 形形 喇喇 叭叭 型型 天天 線線 2. 天線 4）天線示例 基站天饋系統(tǒng)示意

30、圖基站天饋系統(tǒng)示意圖 8防雷保護(hù)器防雷保護(hù)器 主饋線（主饋線（7/8“） 5饋線卡饋線卡 6走線架走線架 4接地裝置接地裝置 3接頭密封件接頭密封件 絕緣密封膠帶，絕緣密封膠帶，PVC絕緣膠帶絕緣膠帶 1天線調(diào)節(jié)支架天線調(diào)節(jié)支架 GSM/CDMA 板狀天線板狀天線 抱桿（抱桿（ 50114mm） 2室外饋線室外饋線 9室內(nèi)超柔饋線室內(nèi)超柔饋線 7饋線過線窗饋線過線窗 基站主設(shè)備基站主設(shè)備 1天線調(diào)節(jié)支架 用于調(diào)整天線的俯仰角度，范圍為：015 ； 2 室外跳線 用于天線與7/8主饋線之間的連接。常用的跳線采用1/2 饋線，長(zhǎng)度一般為3米。 3 接頭密封件 用于室外跳線兩端接頭（與天線和主饋線相

31、接）的密封。 常用的材料有絕緣防水膠帶（3M2228）和PVC絕緣膠帶 3M33+）。 4 接地裝置（7/8饋線接地件 ） 主要是用來防雷和泄流，安裝時(shí)與主饋線的外導(dǎo)體直接連 接在一起。一般每根饋線裝三套，分別裝在饋線的上、中、下 部位， 接地點(diǎn)方向必須順著電流方向。 GSM/CDMA基站天饋系統(tǒng)基站天饋系統(tǒng) 5 7/8饋線卡子 用于固定主饋線，在垂直方向，每間隔1。5米裝一個(gè)，水平 方向每間隔1米安裝一個(gè)（在室內(nèi)的主饋線部分，不需要安裝 卡子，一般用尼龍白扎帶捆扎固定）。 常用的7/8卡子有兩種；雙聯(lián)和三聯(lián)。 7/8雙聯(lián)卡子可固定兩根饋線；三聯(lián)卡子可固定三根饋線。 6 走線架 用于布放主饋線

32、、傳輸線、電源線及安裝饋線卡子。 7 饋線過窗器 主要用來穿過各類線纜，并可用來防止雨水、鳥類、鼠類及 灰塵的進(jìn)入。 8 防雷保護(hù)器（避雷器） 主要用來防雷和泄流，裝在主饋線與室內(nèi)超柔跳線之間，其 接地線穿過過線窗引出室外，與塔體相連或直接接入地網(wǎng)。 GSM/CDMA基站天饋系統(tǒng)基站天饋系統(tǒng) 9 室內(nèi)超柔跳線 用于主饋線（經(jīng)避雷器）與基站主設(shè)備之間的連接，常用 的跳線采用1/2超柔饋線，長(zhǎng)度一般為23米。 由于各公司基站主設(shè)備的接口及接口位置有所不同，因此 室內(nèi)超柔跳線與主設(shè)備連接的接頭規(guī)格亦有所不同，常用的接 頭有7/16DIN型、有N型。有直頭、亦有彎頭。 10 尼龍黑扎帶 主要有兩個(gè)作用

33、： （1）安裝主饋線時(shí)，臨時(shí)捆扎固定主饋線，待饋線卡子裝好后， 再將尼龍?jiān)鷰Ъ魯嗳サ簟?（2）在主饋線的拐彎處，由于不便使用饋線卡子，故用尼龍?jiān)鷰?固定。室外跳線亦用尼龍黑扎帶捆扎固定。 11 尼龍白扎帶 用于捆扎固定室內(nèi)部分的主饋線及室內(nèi)超柔跳線。 無線電波無線電波 什么叫無線電波？無線電波是一種能量傳輸形式，什么叫無線電波？無線電波是一種能量傳輸形式， 在傳播過程中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間是相互垂直的，同時(shí)在傳播過程中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間是相互垂直的，同時(shí) 這兩者又都垂直于傳播方向。這兩者又都垂直于傳播方向。 3. 超短波傳播 無線電波無線電波有點(diǎn)象一個(gè)池塘上的波紋，在傳播時(shí)波會(huì)減弱。有點(diǎn)象一個(gè)池

34、塘上的波紋，在傳播時(shí)波會(huì)減弱。 無線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播媒質(zhì)有關(guān)。無線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播媒質(zhì)有關(guān)。 無線電波在真空中的傳播速度等于光速。我們用無線電波在真空中的傳播速度等于光速。我們用 公里秒表示。在媒質(zhì)中的傳播速度為：公里秒表示。在媒質(zhì)中的傳播速度為： /，式中，式中為傳播媒質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)?？諝獾南鄬?duì)為傳播媒質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。空氣的相對(duì) 介電常數(shù)與真空的相對(duì)介電常數(shù)很接近，略大于介電常數(shù)與真空的相對(duì)介電常數(shù)很接近，略大于。 因此，無線電波在空因此，無線電波在空 氣中的傳播速度略小于光速氣中的傳播速度略小于光速 ，通常我們就認(rèn)為它等于光，通常我們就認(rèn)為它等于光

35、速。速。 3. 超短波傳播 電磁波的傳播電磁波的傳播 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)電場(chǎng) 振子振子 電波傳輸方向電波傳輸方向 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 3. 超短波傳播 可用式可用式 / / 表示。表示。 式中，為速度，單位為米式中，為速度，單位為米/ /秒；秒； 為頻率，單位為赫茲；為頻率，單位為赫茲； 為波長(zhǎng)，單位為米。為波長(zhǎng)，單位為米。 由上述關(guān)系式不難看出，同一頻率的無線電波在不同的媒由上述關(guān)系式不難看出，同一頻率的無線電波在不同的媒 質(zhì)中傳播時(shí)，速度是不同的，因此波長(zhǎng)也不一樣。質(zhì)中傳播時(shí)，速度是不同的，因此波長(zhǎng)也不一樣。 我們通常使用的聚四氟乙烯型絕緣同軸射頻電纜其相對(duì)介我們通常使用的聚四氟乙烯

36、型絕緣同軸射頻電纜其相對(duì)介 電常數(shù)電常數(shù)約為約為2.12.1，因此，因此，/1.44 /1.44 ，/1.44/1.44 。 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 無線電波的波長(zhǎng)、頻率和傳播速度的關(guān)系無線電波的波長(zhǎng)、頻率和傳播速度的關(guān)系 3. 超短波傳播 l1）.自由空間的傳播 由電磁場(chǎng)理論可知，若各向同性天線(亦稱全向 天線或無方向性天線)的輻射功率為瓦時(shí)，則距 輻射源d米處的電場(chǎng)強(qiáng)度有效值為 后者單位dB 自由空間傳播損耗可定義 d P E 30 0,lg20lg1077.74 0 d PE 2 0 4 d P P L 3. 超短波傳播 1）自由空間傳播 l1）.自由空間的傳播 傳播損耗 3. 超短波傳播 1）自由空

37、間傳播 GG df L 210 lg20lg2045.32 l（1）地波和天波 地波（3MHz） 天波（3MHz30MHz） 3. 超短波傳播 2）地面?zhèn)鞑?無線電波的波長(zhǎng)不同，傳播特點(diǎn)也不完全相同。目前無線電波的波長(zhǎng)不同，傳播特點(diǎn)也不完全相同。目前GSMGSM和和 CDMACDMA移動(dòng)通信使用的頻段都屬于移動(dòng)通信使用的頻段都屬于UHFUHF（特高頻）超短波段，其高（特高頻）超短波段，其高 端屬于微波。端屬于微波。 超短波和微波的超短波和微波的視距傳播視距傳播 超短波和微波的頻率很高，波長(zhǎng)較短，它的地面波衰減很快。超短波和微波的頻率很高，波長(zhǎng)較短，它的地面波衰減很快。 因此也不能依靠地面波作較

38、遠(yuǎn)距離的傳播，它主要是由空間波來因此也不能依靠地面波作較遠(yuǎn)距離的傳播，它主要是由空間波來 傳播的?？臻g波一般只能沿直線方向傳播到直接可見的地方。在傳播的?？臻g波一般只能沿直線方向傳播到直接可見的地方。在 直視距離內(nèi)超短波的傳播區(qū)域習(xí)慣上稱為直視距離內(nèi)超短波的傳播區(qū)域習(xí)慣上稱為“照明區(qū)照明區(qū)”。在直視距。在直視距 離內(nèi)超短波接收裝置才能穩(wěn)定地接收信號(hào)。離內(nèi)超短波接收裝置才能穩(wěn)定地接收信號(hào)。 3. 超短波傳播 2）地面?zhèn)鞑?直視距離和發(fā)射天線以及接收天線的高度有關(guān)系，并受到地直視距離和發(fā)射天線以及接收天線的高度有關(guān)系，并受到地 球曲率半徑的影響。由簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系式可知球曲率半徑的影響。由簡(jiǎn)單的幾何

39、關(guān)系式可知 AB3.57(HT+HR)(公里公里) 由于大氣層對(duì)超短波的折射作用，有效傳播直視距離為由于大氣層對(duì)超短波的折射作用，有效傳播直視距離為 ABAB4.12 4.12 (HT+HR)( (公里公里) ) BA RT RRO 接收天線高HR 發(fā)射天線高HT 3. 超短波傳播 2）地面?zhèn)鞑?（3 3）多徑傳播）多徑傳播 電波除了直接傳播外，遇到障礙物，例如，山丘、森林、電波除了直接傳播外，遇到障礙物，例如，山丘、森林、 地面或樓房等高大建筑物，還會(huì)產(chǎn)生反射。因此，到達(dá)接收天線地面或樓房等高大建筑物，還會(huì)產(chǎn)生反射。因此，到達(dá)接收天線 的超短波不僅有直射波，還有反射波，這種現(xiàn)象就叫多徑傳輸。

40、的超短波不僅有直射波，還有反射波，這種現(xiàn)象就叫多徑傳輸。 由于多途徑傳播使得信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)分布相當(dāng)復(fù)雜，波動(dòng)很大；也由于多途徑傳播使得信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)分布相當(dāng)復(fù)雜，波動(dòng)很大；也 由于多徑傳輸?shù)挠绊?，?huì)使電波的極化方向發(fā)生變化，因此，有由于多徑傳輸?shù)挠绊?，?huì)使電波的極化方向發(fā)生變化，因此，有 的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng)，有的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)減弱。另外，不同的障的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng)，有的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)減弱。另外，不同的障 礙物對(duì)電波的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對(duì)超短波礙物對(duì)電波的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對(duì)超短波 的反射能力比磚墻強(qiáng)。我們應(yīng)盡量避免多徑傳輸效應(yīng)的影響。同的反射能力比磚墻強(qiáng)。我們應(yīng)盡量避免多徑

41、傳輸效應(yīng)的影響。同 時(shí)可采取空間分集或極化分集的措施加以對(duì)應(yīng)。時(shí)可采取空間分集或極化分集的措施加以對(duì)應(yīng)。 3. 超短波傳播 2）地面?zhèn)鞑?（3 3）多徑傳播）多徑傳播 3. 超短波傳播 2）地面?zhèn)鞑?. .多徑傳播的信號(hào)接收多徑傳播的信號(hào)接收用分集接收改善信號(hào)電平用分集接收改善信號(hào)電平 3. 超短波傳播 2）地面?zhèn)鞑?3. 超短波傳播 3）無線衰落信道的傳 播特征 l三種衰落 大尺度衰落 陰影衰落 多徑衰落 3. 超短波傳播 3）無線衰落信道的傳播特征 l多普勒頻移 附加頻率偏移 最大多普勒頻偏(Hz) f c vf v f m c d cos=cos=cos= 100km/h 75km/h5

42、0km/h25km/h 900MHz83624221 2GHz1851399346 l（1）.FDMA 這是一種簡(jiǎn)單的多址方式，每個(gè)載頻工作在一個(gè) 專業(yè)頻率上，而所有的載波互不相同。為了使各 載波之間不互相干擾，它們的載波頻率之間必須 有足夠的間隔 4.移動(dòng)信息傳輸關(guān)鍵技術(shù)-1）多址技術(shù) l（2）.TDMA 時(shí)分多址是把時(shí)間分割成周期性的幀(Frame) 每一個(gè)幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙向基站發(fā)送信 號(hào)，在滿足定時(shí)和同步的條件下，基站可以 分別在各時(shí)隙中接收到各移動(dòng)終端的信號(hào)而 不混擾。 4.移動(dòng)信息傳輸關(guān)鍵技術(shù)-1）多址技術(shù) l（3）.CDMA 每個(gè)通信用戶所發(fā)射的信號(hào)往往占用整個(gè)通信系 統(tǒng)（例如

43、超短波）的頻帶，而發(fā)射時(shí)間可任意選 擇，因此各用戶所發(fā)射的信號(hào)在時(shí)間上和頻率上 都可以互相重疊。碼分多址（CDMA）是按照信 號(hào)波形來區(qū)分各用戶地址的， 4.移動(dòng)信息傳輸關(guān)鍵技術(shù)-1）多址技術(shù) 什么是擴(kuò)展頻譜調(diào)制？ 已調(diào)信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于調(diào)制信號(hào)帶寬的任何調(diào)制體制。 l擴(kuò)頻譜調(diào)制的目的： 提高抗窄帶干擾的能力。 將發(fā)射信號(hào)掩藏在背景噪聲中，以防止竊聽。 提高抗多徑傳輸效應(yīng)的能力。 提供多個(gè)用戶共用同一頻帶的可能。 提供測(cè)距能力。 擴(kuò)頻技術(shù)的種類： l直接序列擴(kuò)譜(DSSS) l跳頻擴(kuò)頻(FHSS) 4.移動(dòng)信息傳輸關(guān)鍵技術(shù)-2）擴(kuò)頻技術(shù) （1） 直接序列擴(kuò)頻(DSSS) BPSK調(diào)制的DSSS通信系統(tǒng)原理方框圖。 l信號(hào)碼元持續(xù)時(shí)間 = T l擴(kuò)譜碼c(t)通常采用m序列 l擴(kuò)譜碼的碼元稱為碼片(ch