天線基本概念講稿

1、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部（上海分部：周文鑫）（上海分部：周文鑫）基站天線基本概念基站天線基本概念及其選型原則及其選型原則基站天線基本概念基站天線基本概念無(wú)線電波的基本知識(shí)無(wú)線電波的基本知識(shí)天線輻射電磁波的基本原理天線輻射電磁波的基本原理典型的移動(dòng)基站天線技術(shù)指標(biāo)綜述典型的移動(dòng)基站天線技術(shù)指標(biāo)綜述 通信距離方程通信距離方程電磁波安全標(biāo)準(zhǔn)電磁波安全標(biāo)準(zhǔn)基站天饋系統(tǒng)基站天饋系統(tǒng)基站天線選型原則基站天線選型原則基站天線的選型原則（建議）基站天線的選型原則（建議）目錄什么是無(wú)線電波？什么是無(wú)線電波？電磁波的傳播電磁波的傳播電磁波的極化電磁波的極化天線的作用天線的作用天線的極化天線的極化 無(wú)線電波的基

2、本知識(shí) 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。符合右手準(zhǔn)則。符合右手準(zhǔn)則。無(wú)線電波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)B B l la ah h blahb l a hblah什么是天線什么是天線?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)垂

3、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的極化天線的極化 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 (極化極化)隔離隔離 隔離代表饋送到一種極化的信號(hào)在另外一種極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 天線輻射電磁波的基本原理天線輻射電磁波的基本原理 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

4、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)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. 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。 天線的方向性天線的方向性 天線的方

5、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。 天線方向圖天線方向圖天線方向圖 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

6、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/4mW) = 3dB “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)天線天線利用反射板可把輻射能控制聚焦到一個(gè)方向利用反射板可把輻射能控制聚焦到一個(gè)方向 反射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線反射面放在陣列的一邊構(gòu)成扇形覆蓋天線前后比前后比 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。

7、基本半波振子天線的前后比為，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)波束寬度波束寬度水平面方向圖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 (e

8、g)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB32 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB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，抗干擾能力越強(qiáng)。好，抗干擾能力越強(qiáng)。方向圖旁瓣顯示方向圖旁瓣顯示上旁瓣抑制上旁瓣抑制下旁瓣抑制下旁瓣抑制 全向天線增益與垂直

9、波瓣寬度全向天線增益與垂直波瓣寬度 9dBd全向天線全向天線天線波束的下傾天線波束的下傾 為使波束指向朝向地面為使波束指向朝向地面無(wú)下傾無(wú)下傾電下傾電下傾機(jī)械下傾機(jī)械下傾天線波束下傾的演示天線波束下傾的演示 用于用于 控制覆蓋控制覆蓋 減小交調(diào)減小交調(diào) 兩種方法兩種方法: 機(jī)械的機(jī)械的 電的電的波束下傾波束下傾典型的移動(dòng)基站天線技術(shù)指標(biāo)綜述典型的移動(dòng)基站天線技術(shù)指標(biāo)綜述 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14 10分貝分貝 (

10、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 電磁波安全標(biāo)準(zhǔn)電磁波安全標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB9175-88“環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”，將，將環(huán)境電磁波容許輻射強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)分為二級(jí)環(huán)境電磁波容許輻射強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)分為二級(jí): : 一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為安全區(qū)，指在該環(huán)境電磁波強(qiáng)度下長(zhǎng)期居住、一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為安全區(qū)，指在該環(huán)境電磁波強(qiáng)度下長(zhǎng)期居住、工作、生活的一切人群，均不會(huì)受到任何有害影響的區(qū)域。工作、生活的一切人群，均不會(huì)受到任何有害影

11、響的區(qū)域。 第二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為中間區(qū)，指在該環(huán)境電磁波強(qiáng)度下長(zhǎng)期居住、第二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為中間區(qū)，指在該環(huán)境電磁波強(qiáng)度下長(zhǎng)期居住、工作、生活的一切人群可能引起潛在性不良反應(yīng)的區(qū)域。對(duì)于工作、生活的一切人群可能引起潛在性不良反應(yīng)的區(qū)域。對(duì)于300MHz300GHz的微波，的微波， 一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：（一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：（10 w/cm2），）， 二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：（二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：（40 w/cm2），）， 因此，對(duì)于酒店及寫字樓應(yīng)按一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，對(duì)于商場(chǎng)、商因此，對(duì)于酒店及寫字樓應(yīng)按一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，對(duì)于商場(chǎng)、商貿(mào)中心，可按二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。貿(mào)中心，可按二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。 假設(shè)天線的假設(shè)天線的EIRP是是10dBm=10mw=10000 w

12、按一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算：允許的功率密度為按一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算：允許的功率密度為10 w/cm2，那么能滿足要求的，那么能滿足要求的最小距離為：最小距離為：10000 w/4 d2=795.77 /d2=10 w/ cm2d2=79.577(cm2) 8.92 cm 即在距離天線下方即在距離天線下方9cm的地方可滿足一級(jí)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。的地方可滿足一級(jí)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。 假設(shè)要求離天線假設(shè)要求離天線20cm處為安全區(qū)，則最大處為安全區(qū)，則最大EIRP為：為：4 d2=4 3.14 202=5024 cm2EIRP=50240 w 50mw=17dBm 這就是我們要求室內(nèi)分布系統(tǒng)這就是我們要求室內(nèi)分布系統(tǒng)EIRP在在1015

13、dBm的原因。的原因。 而對(duì)于商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)等非長(zhǎng)期居住地區(qū)，可按二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)衡量，其而對(duì)于商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)等非長(zhǎng)期居住地區(qū)，可按二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)衡量，其EIRP也不能超過(guò)也不能超過(guò)23dBm。 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要將天線增益及載波總數(shù)一起考慮。我們采用在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要將天線增益及載波總數(shù)一起考慮。我們采用的吸頂天線為全向，增益為的吸頂天線為全向，增益為2dBi，在，在PT=10dBm時(shí)，其一級(jí)安全時(shí)，其一級(jí)安全距離為：距離為：11.3cm，若采用，若采用90 7dBi天線，在天線正前方最大功率天線，在天線正前方最大功率處的一級(jí)安全距離為：處的一級(jí)安全距離為：20 cm，載波數(shù)多時(shí)，功率增大，安全距，載波數(shù)多時(shí)，功率增

14、大，安全距離變小，所以天線應(yīng)掛于人體觸摸不到的地方為佳。實(shí)際上，我離變小，所以天線應(yīng)掛于人體觸摸不到的地方為佳。實(shí)際上，我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)要求十分嚴(yán)格，美國(guó)及歐洲標(biāo)準(zhǔn)比我們寬松得多。按照國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)要求十分嚴(yán)格，美國(guó)及歐洲標(biāo)準(zhǔn)比我們寬松得多。按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)，在離天線歐洲標(biāo)準(zhǔn)，在離天線1.3cm處已處于安全區(qū)，即天線的保護(hù)外殼處已處于安全區(qū)，即天線的保護(hù)外殼以外均能滿足安全要求，因此，對(duì)適當(dāng)設(shè)計(jì)的室內(nèi)分布系統(tǒng)的電以外均能滿足安全要求，因此，對(duì)適當(dāng)設(shè)計(jì)的室內(nèi)分布系統(tǒng)的電磁安全問(wèn)題不必多慮。磁安全問(wèn)題不必多慮。 歐洲、美國(guó)及我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比歐洲、美國(guó)及我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比國(guó)國(guó) 家家900 MHz1800MHz歐洲（歐洲（

15、CENELEC） F/200=450 w/cm2 900 w/cm2 美國(guó)（美國(guó)（IEEE） F/150=600 w/cm2 1200 w/cm2 中國(guó)中國(guó) 10 w/cm2 10 w/cm2 基站天饋系統(tǒng)基站天饋系統(tǒng)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(guò)線窗饋線過(guò)線窗基站主設(shè)備基站主設(shè)備基站天饋系統(tǒng)示意圖基站天饋系統(tǒng)示意圖 根據(jù)

16、基站覆蓋類型大致分為：根據(jù)基站覆蓋類型大致分為： （一）（一） 話務(wù)量高密集市區(qū)話務(wù)量高密集市區(qū) （二）（二） 縣城及城鎮(zhèn)地區(qū)縣城及城鎮(zhèn)地區(qū) （三）（三） 鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū) （四）（四） 在鐵路或公路沿線及鄉(xiāng)鎮(zhèn)在鐵路或公路沿線及鄉(xiāng)鎮(zhèn) 基站天線選型原則基站天線選型原則( (建議建議) ) 根據(jù)天線高度、基站距離，可由下式計(jì)算出天線傾角公式：根據(jù)天線高度、基站距離，可由下式計(jì)算出天線傾角公式： arcarch/ （r/2） （式中（式中 為波束傾角為天線高度，為站間距離）為波束傾角為天線高度，為站間距離）（1）對(duì)話務(wù)量高密集區(qū)，基站間距離）對(duì)話務(wù)量高密集區(qū)，基站間距離300-500米，計(jì)算得出米，

17、計(jì)算得出 大約在大約在1019之間。采用內(nèi)置電下傾之間。采用內(nèi)置電下傾9的的+45雙極化水平半功率瓣寬雙極化水平半功率瓣寬65定向天線定向天線 。再加上機(jī)械可變?cè)偌由蠙C(jī)械可變15的傾角，可以保證方向圖水平半功率寬度在主瓣下傾的傾角，可以保證方向圖水平半功率寬度在主瓣下傾1019內(nèi)無(wú)變化。經(jīng)使用證明完全可滿足對(duì)高密集市區(qū)覆蓋且不干擾的內(nèi)無(wú)變化。經(jīng)使用證明完全可滿足對(duì)高密集市區(qū)覆蓋且不干擾的要求。要求。（2）對(duì)話務(wù)量中密集區(qū)，基站間距離大于）對(duì)話務(wù)量中密集區(qū)，基站間距離大于500米，米， 大約在大約在616之間可之間可選擇選擇+45雙極化，內(nèi)置電下傾雙極化，內(nèi)置電下傾6的水平半功率瓣寬的水平半功率

18、瓣寬65定向天線定向天線 ，可以保，可以保證主瓣在下傾的證主瓣在下傾的616內(nèi)水平半功率寬度無(wú)變化。可滿足對(duì)中密話區(qū)覆蓋內(nèi)水平半功率寬度無(wú)變化。可滿足對(duì)中密話區(qū)覆蓋且不干擾的要求。且不干擾的要求。 （3）對(duì)話務(wù)量低密集區(qū)，基站間距離可能更大一些，）對(duì)話務(wù)量低密集區(qū)，基站間距離可能更大一些， 大約在大約在313之之間。可選擇間?？蛇x擇+45雙極化，內(nèi)置電下傾雙極化，內(nèi)置電下傾3的水平半功率瓣寬的水平半功率瓣寬65定向天線定向天線 ，可保證主瓣在下傾的可保證主瓣在下傾的313內(nèi)水平半功率寬度無(wú)變化，可滿足對(duì)低密話區(qū)內(nèi)水平半功率寬度無(wú)變化，可滿足對(duì)低密話區(qū)覆蓋且不干擾的要求。覆蓋且不干擾的要求。（一）（一） 話務(wù)量高密集市區(qū)話務(wù)量高密集市區(qū) 話務(wù)量不大，主要考慮覆蓋大的要求，基站間距很大，可以選用單話務(wù)量不大，主要考慮覆蓋大的要求，基站間距很大，可以選用單極化，空間分集，增益較高的（極化，空間分集，增益較高的（17dB）65定向天線定向天線 （三扇區(qū)）、或（三扇區(qū)）、或17dB90定向天線定向天線(雙扇區(qū)，如下圖雙扇區(qū)，如下圖)。 （二）（二） 在縣城及城鎮(zhèn)地區(qū)在縣城及城鎮(zhèn)地區(qū) 話務(wù)量很小，主要考慮覆蓋，基站大都為全向站，天線話務(wù)量很小，主要考慮覆蓋，基站大都為全向站，天線可選高增益全向天線可選高增益全向天線 HT