移動(dòng)基站天線技術(shù)

1、移動(dòng)基站天線有關(guān)概念B B l la ah h blahb l a hblah一一. .無(wú)線通信組網(wǎng)中天線的作用無(wú)線通信組網(wǎng)中天線的作用把從導(dǎo)線上傳下來(lái)的電信號(hào)做為無(wú)線電波發(fā)射到空間把從導(dǎo)線上傳下來(lái)的電信號(hào)做為無(wú)線電波發(fā)射到空間.收集無(wú)線電波并產(chǎn)生電信號(hào)收集無(wú)線電波并產(chǎn)生電信號(hào) 什么是天線什么是天線? ? 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。因此，要了解天線的特性就電磁能。因此，要了解天線的特性就必然需要了解自由空間中的電磁波及必然需要了

2、解自由空間中的電磁波及高頻傳輸線的一些相關(guān)的知識(shí)。高頻傳輸線的一些相關(guān)的知識(shí)。天線的作用天線的作用 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)。

3、當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，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)度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，導(dǎo)線的電流很小，輻射很微弱導(dǎo)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。 二二.無(wú)線輻射電磁波的基本原理無(wú)線輻射電磁波的基本原理 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)。全長(zhǎng)與波長(zhǎng)相等的振子，稱為全波對(duì)稱

4、振子。將振子折合波長(zhǎng)。全長(zhǎng)與波長(zhǎng)相等的振子，稱為全波對(duì)稱振子。將振子折合起來(lái)的，稱為折合振子。起來(lái)的，稱為折合振子。1/2波長(zhǎng)波長(zhǎng)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)振子振子波長(zhǎng)波長(zhǎng) 無(wú)論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的無(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

5、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頻帶寬度。一種是指在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度。 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說(shuō)，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中是按后一種定義的，具體的說(shuō)，就是當(dāng)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。在在 820 MHz 1/2 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 為為 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

6、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 890MHz天線振子天線振子在在820MHz 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。自由空間中的電磁波自由空間中的電磁波 . . 無(wú)線電波無(wú)線電波 什么叫無(wú)線電波？無(wú)線電波是一種能量傳輸形式，什么叫無(wú)線電波？無(wú)線電波是一種能量傳輸形式，在傳播過(guò)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(guò)程中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間是相互垂直

7、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。無(wú)線電波無(wú)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)池塘上的波紋，在傳播時(shí)波會(huì)減弱。 無(wú)線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播媒質(zhì)有關(guān)。無(wú)線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播媒質(zhì)有關(guān)。無(wú)線電波在真空中的傳播速度等于光速。我們用無(wú)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)?？諝獾南鄬?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(wú)線電波在

8、空因此，無(wú)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)為它等于光速。速。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) 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(wú)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(wú)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

9、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(wú)線電波的波長(zhǎng)、頻率和傳播速度的關(guān)系無(wú)線電波的波長(zhǎng)、頻率和傳播速度的關(guān)系 無(wú)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(wú)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(wú)線電波的極化。無(wú)線電波的電場(chǎng)方向稱為電的，這種現(xiàn)象稱為無(wú)線電波的極化。無(wú)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

10、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。. . 無(wú)線電波的極化無(wú)線電波的極化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五五. .天線的極化天線的極化 兩個(gè)天線為一個(gè)整體兩個(gè)天線為一個(gè)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1. 雙極化天線雙極化天線 隔離代表饋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

11、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) = 30dB3.( (極化極化) )隔離隔離 天線的方向性是指天線向一定方向輻射電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，方向性表示天磁波的能力。對(duì)于接收天線而言，方向性表示天線對(duì)不同方向傳來(lái)的電波所具有的接收能力。天線對(duì)不同方向傳來(lái)的電波所具有的接收能力。天線的方向性的特性曲線通常用方向圖來(lái)表示線的方向性的特性曲線通常用方向圖來(lái)表示. . 方向圖可用來(lái)說(shuō)明天線在空間各個(gè)方向上所方向圖可用來(lái)說(shuō)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。具有的發(fā)射或接收電磁波的能力。 方向

12、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(lái)定向接收性能就好?；景氩ㄕ褡犹炀€的前后比為，所以對(duì)來(lái)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)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

13、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)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB32 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB俯仰面即垂直面方向圖 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

14、強(qiáng)。好，抗干擾能力越強(qiáng)。上旁瓣抑制上旁瓣抑制下旁瓣抑制下旁瓣抑制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。七七. .天線的增益天線的增益 1.增益的定義增益的定義 連接天線和發(fā)射（或接收）機(jī)輸出（或輸入）端的導(dǎo)線稱連接天線和發(fā)射（或接收）機(jī)輸出（或輸入）端的導(dǎo)線稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任

15、務(wù)是有效地傳輸信號(hào)能量。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)能將天線接收的信號(hào)以最小的損耗傳送到接收機(jī)輸因此它應(yīng)能將天線接收的信號(hào)以最小的損耗傳送到接收機(jī)輸入端，或?qū)l(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端，或?qū)l(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端，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或平衡。傳輸線必須屏蔽或平衡。 當(dāng)傳輸線的幾何長(zhǎng)度等于或大于所傳送信號(hào)的波長(zhǎng)時(shí)就叫做當(dāng)傳輸線的幾何長(zhǎng)度等于或大于所傳送信號(hào)的波長(zhǎng)時(shí)就叫做長(zhǎng)傳輸線，簡(jiǎn)稱長(zhǎng)線。長(zhǎng)傳輸線，簡(jiǎn)稱長(zhǎng)線。

16、天線和饋線的連接端，即饋電點(diǎn)兩端感應(yīng)的信號(hào)電壓與信號(hào)天線和饋線的連接端，即饋電點(diǎn)兩端感應(yīng)的信號(hào)電壓與信號(hào)電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗有電阻分量和電抗分電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗有電阻分量和電抗分量。輸入阻抗的電抗分量會(huì)減少?gòu)奶炀€進(jìn)入饋線的有效信號(hào)功率。量。輸入阻抗的電抗分量會(huì)減少?gòu)奶炀€進(jìn)入饋線的有效信號(hào)功率。因此，必須使電抗分量盡可能為零，使天線的輸入阻抗為純電阻。因此，必須使電抗分量盡可能為零，使天線的輸入阻抗為純電阻。 輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)和工作波長(zhǎng)有關(guān)，基本半波振子，即輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu)和工作波長(zhǎng)有關(guān)，基本半波振子，即由中間對(duì)稱饋電的半波長(zhǎng)導(dǎo)線，其輸入阻抗為（由中

17、間對(duì)稱饋電的半波長(zhǎng)導(dǎo)線，其輸入阻抗為（73.173.142.542.5）歐姆。當(dāng)把振子長(zhǎng)度縮短時(shí)，就可以消除其中的電抗歐姆。當(dāng)把振子長(zhǎng)度縮短時(shí)，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，即使半波振子的輸入阻抗為分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，即使半波振子的輸入阻抗為73.173.1歐（標(biāo)稱歐（標(biāo)稱7575歐）。歐）。 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ǎ伨€上各處的只有入射波，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

18、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?shù)母哳l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(lái)形成反射波。吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回來(lái)形成反射波。 9.5 W80 ohms50 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 在不匹配的情況下在

19、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；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；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)。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。這種合成波稱為駐波。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)。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) 入射波幅度入射波幅度 （。）。） 駐波

20、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)，也叫電壓駐波比駐波比(VSWR)(VSWR) 駐波波腹電壓幅度最大值駐波波腹電壓幅度最大值max max （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，駐波系數(shù)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。越接近于，匹配也就越好。 頻率范圍頻率范圍MHz820 - 890 頻帶寬度頻帶寬度MHz70 增益增益dBi15 極化極化垂直極化垂直極化 阻抗阻抗 50 反射損耗反射損耗dB18 半功率半功率(3dB) 方位方位64 俯仰俯仰13 10分貝分貝 (10dB)波束寬度波束寬度 方位方位120 俯仰俯仰30 前后比前后比dB30 俯仰上旁瓣抑制俯仰上旁瓣抑制dB -12 俯仰下旁瓣抑制俯仰下旁瓣抑制dB -14 下傾角下傾角(可調(diào)可調(diào))2 - 10 4 4 關(guān)于三階互調(diào)指標(biāo)關(guān)于三階互調(diào)指標(biāo)互調(diào)的定義互調(diào)的定義 互調(diào)是指非線性射頻線路中，兩個(gè)或多個(gè)頻率混合后所產(chǎn)生的噪音信號(hào)。 互調(diào)產(chǎn)生的本來(lái)并不存在“錯(cuò)誤”信號(hào)，此信號(hào)會(huì)被系統(tǒng)誤認(rèn)為是真實(shí)的信號(hào)。 互調(diào)可由有源元件（無(wú)線電設(shè)備